1.3 塑料改性方法
塑料的改性方法有多种，根据在改性过程中是否有化学反应可以划分为物理改性和化学改性两类。化学改性是指通过化学方法改变聚合物分子链上的原子或原子团的种类及组合方式的改性方法，即塑料通过嵌段共聚、接枝共聚、交联等反应，或者引入新的官能团而形成特定功能的高分子材料。化学改性可以使制品具有更好的性能或获得新的功能。物理改性则是在塑料加工过程中实施的改性，原则上不发生化学反应，主要是物理混合过程。常用的物理改性方法主要有填充改性、增强改性、共混改性等。由于物理改性方法简单、适用性强，在我国应用较多。
1.填充改性
“填充”即在塑料成型加工过程中加入无机填料或有机填料，在满足使用要求的前提下降低生产成本或者使材料的某些性能得到提高。塑料填充改性自20世纪80年代初投入市场以来，由于其价格低廉、产品性能优异，并能改善塑料制品的某些物理特性，可替代合成树脂，且生产工艺简单、投资较小，因此具有显著的经济效益和社会效益。
目前使用量最大的是CaCO3和滑石粉。滑石粉常用于填充聚丙烯。由于滑石粉具有薄片构型的片状结构特征，因此粒度较细的滑石粉可用作聚丙烯的补强填充剂。在聚丙烯的改性体系中，加入超细滑石粉母料不但能够显著地提高聚丙烯制品的刚性、表面硬度、耐热蠕变性、电绝缘性、尺寸稳定性，还可以提高聚丙烯的冲击强度。在聚丙烯中添加少量的滑石粉还能起到成核剂的作用，提高聚丙烯的结晶性，从而使聚丙烯各项力学性能得以提高。由于提高了聚丙烯的结晶性，细化了晶粒，因此也就提高了聚丙烯的透明性。填充20%和40%超细滑石粉的聚丙烯复合材料，不论是在室温和高温下，都能够显著提高聚丙烯的刚性和高温下的耐蠕变性能。对于聚乙烯吹塑薄膜来说，填充超细滑石粉母料比其他填料好，易成型、工艺性好。
新型高填充玻璃纤维改性塑料可以克服常规玻璃纤维增强热塑性塑料的缺陷。这种材料的基体是耐高温热塑性塑料，如液晶聚合物、聚醚砜、聚醚酰亚胺和聚苯硫醚。用这种材料生产的部件具有耐磨损和耐温变的良好特性。这种新材料还可以与塑料和金属粘合，适宜用表面模塑设备加工，潜在的应用包括汽车和燃料系统部件、轴承、电子零部件、抗刮伤外壳等。另外，高填充玻璃纤维改性塑料还具有阻燃性好、能回收利用、高度耐热和尺寸稳定等特点。
2.增强改性
“增强”是在塑料中添加云母片、玻璃纤维、碳纤维、金属纤维和硼纤维等增强剂，使塑料制品的力学性能得到明显的改善。纤维增强是塑料改性的重要方法之一，镁盐晶须和玻璃纤维均能有效地提高聚丙烯的综合性能。以玻璃纤维增强的聚丙烯因具有较低的密度、低廉的价格以及可以循环使用等优点，目前正逐步取代工程塑料与金属在汽车仪表板、汽车车身和底盘零件中的应用。与玻璃纤维增强相比，采用镁盐晶须增强的模塑制品具有更高的精度、尺寸稳定性和更低的表面粗糙度，适用于制备各种形状复杂的部件、轻质高强度阻燃部件和电子电器部件。作为一种改性剂，镁盐晶须能大幅度提高聚丙烯的强度、刚度、抗冲击和阻燃性能。因此，镁盐晶须和玻璃纤维在聚丙烯改性中的应用越来越受到重视。
用天然纤维如亚麻、剑麻增强塑料制造车身零件，在汽车行业已经得到认可。一方面是由于天然纤维是环保材料，另一方面植物纤维比玻璃纤维轻40%，减轻车重可降低油耗。用亚麻增强PP制作车身底板，材料的拉伸强度比钢要高，刚度不低于玻璃纤维增强塑料，制件更易于回收。
英国GKN技术公司用纤维增强塑料制造的传动轴，质量减轻50%～60%，抗扭性是钢的2倍，弯曲强度是钢的2.5倍。用碳纤维增强塑料（CFRP）制造的板簧为14kg，质量减轻76%。在美国、日本、欧洲，都已使用采用增强塑料制造的板簧、圆柱形螺旋弹簧，实现了纤维增强塑料化，除具有明显的防振和降噪效果外，还达到了轻量化的目的。
3.增韧改性
高分子结构材料的刚度（包括强度）和韧性是相互制约的两项最重要的性能指标。因此，增强刚度的同时增强增韧的研究一直是高分子材料科学的难题。采用矿物质增强增韧是最为普遍的改性途径之一。向聚丙烯原料中添加的矿物质通常是碳酸钙、滑石粉、硅灰石、玻璃微珠、云母粉等。这些矿物质不仅可以在一定程度上改善聚丙烯材料的力学性能，降低聚丙烯材料的成型收缩率以加强其尺寸稳定性，而且由于矿物质与聚丙烯基体在成本上的巨大差别，还可以大幅度降低聚丙烯材料的成本。
矿物质增强增韧聚丙烯是所有改性聚丙烯材料在家用电器中应用最广泛的一种。目前，波轮洗衣机和滚筒洗衣机的内筒一般使用的都是矿物质增强增韧聚丙烯材料，以代替早期的不锈钢内筒。聚丙烯材料经矿物质增强增韧后，可克服其原有的强度不足、光泽度不好、收缩太大等问题。目前，这种改性聚丙烯除了用于制作洗衣机的内筒以外，还被用于制作波轮和取衣口等部件，仅海尔集团对其每年的用量就在1700t左右（每个洗衣机内筒约重2kg）。这种材料的矿物质添加量高达40%，其拉伸强度达33MPa，断裂伸长率可达90%以上，缺口冲击强度约为10kJ/m2。
微波炉的很多部件也采用矿物质增强增韧聚丙烯材料制造。由于矿物质的加入，可以在聚丙烯材料本身较高的耐热温度的基础上，使其耐热温度进一步得到提高，以适应微波炉对高温的要求。例如，微波炉门体的密封条、微波炉扬声器喇叭口、喇叭支架等都采用了这种改性的聚丙烯材料。冰箱上的搁物架现在也基本采用了矿物质增强增韧聚丙烯材料，由于与玻璃面板可进行整体注射，从而很好地解决了原来ABS材料的面板沁水问题。
教育部超重力工程技术研究中心研制成功国家“863”计划项目——纳米CaCO3塑料增韧母料及其制备技术。这种母料可使PVC增韧改性，主要应用于PVC门窗异型材生产，也可应用于PVC管材、板材等其他硬制品的生产。
采用纳米CaCO3对PVC进行增韧改性是近年发展起来的非弹性体增韧塑料技术（无机刚性粒子增韧塑料技术），国内尚处于研究阶段。直接添加纳米CaCO3会出现两大问题：一是纳米粒子会在塑料基体中聚结，以至于分散不均匀，影响增韧效果；二是由于纳米CaCO3颗粒微小，极易产生粉尘，影响环境。而纳米CaCO3塑料增韧母料及其制备技术的成功研制，有效地解决了国内外同一研究领域中所面临的这两大难题。
4.共混改性
塑料共混改性是指在一种树脂中掺入一种或多种其他树脂（包括塑料和橡胶），从而达到改变原有树脂性能的一种改性方法。这种共混物人们常称之为塑料合金。塑料共混改性是一种与填充改性并驾齐驱的常用塑料改性方法。它与塑料填充改性的区别在于，填充改性是在树脂中混入小分子物质，而塑料共混改性是在树脂中混入高分子物质。由于共混改性的复合体系中都为高分子物质，因而其相容性好于填充体系，且改性的同时，对原有树脂的其他性能影响比较小。
共混改性是开发新型高分子材料最有效的方法，也是对现有塑料品种实现高性能化、精细化的主要途径。几乎所有塑料需要的性能都可通过共混改性而取得，例如，PP具有密度小、透明性好、拉伸强度高、硬度高、耐热性好等优点，但其冲击性能差、耐应力开裂性不好，如与HDPE共混，即可保持PP原有的优点，又可使共混物具有耐冲击、耐应力开裂及耐低温等优点。氟塑料合金是采用国内现有的超高相对分子质量聚全氟乙丙烯（FER）为主要原料，与四氟乙烯加填料直接共混，用物理方法制造的，此材料性能超过了世界公认的“塑料王”聚四氟乙烯。
5.阻燃改性
高聚物的阻燃技术主要分为添加型与反应型两种方式，当前主要是以添加型为主。即在普通粒料中添加与之匹配的阻燃剂，在搅拌机内充分混合，然后进入以双螺杆挤出机为主的混炼装置重新造粒，制备出阻燃改性的阻燃塑料。常用的添加型阻燃剂有十溴二苯醚、八溴醚、四溴双酚A、六溴环十二烷等，其中尤以十溴二苯醚使用量为最大。
溴系阻燃剂的分解温度大多在200～300℃左右，与各种高聚物的分解温度相匹配，因此能在最佳时刻与气相及凝聚相同时起到阻燃作用，且添加量小、阻燃效果好，因而被广泛地应用于PBT、PET、ABS、尼龙66等工程塑料、PC/ABS塑料合金等的阻燃改性中。
阻燃剂家族中的其他品种有磷系、三嗪系、硅系、膨胀型、无机型等，这些阻燃剂在各种不同使用领域发挥着各自独特的阻燃效果。在磷系阻燃剂中，有机磷系的品种大都是油液状，在高聚物加工过程中不易添加，一般在聚氨酯泡沫、变压器油、纤维素树脂、天然和合成橡胶中使用。而无机磷系中的红磷，是纯阻燃元素，阻燃效果好，但它色泽鲜艳，因而应用受到部分限制。红磷的应用要注意微粒化和表面包覆，这样可使它在高聚物中有较好的分散性，与高聚物的相容性好，不易迁移，能长久保持高聚物的难燃性能。
近十年来在PP阻燃技术上，意大利都灵大学教授Camino首创的膨胀型阻燃剂发挥了巨大的作用，这类PN系阻燃剂具有高效、热和光稳定性高、低毒、低烟、低腐蚀，对加工和力学性能影响小，不会引起环境污染等特点。
6.纳米复合改性
科研人员发现，当微粒达到纳米量级时会出现一种新奇现象，即它的周期性边界被破坏，从而使其声、光、电、磁、热力学等性能呈现出与传统材料的极大差异。因此根据纳米材料的结构特点，把不同材料在纳米尺度下进行合成与组合，可以形成各种各样的纳米复合材料。例如为满足一些行业的特殊需求，用纳米技术改变传统塑料的特性，可呈现出优异的物理性能，以及强度高、耐热性好、质量更轻等特点。常用于纳米复合改性的塑料品种有PP（聚丙烯）、PE（聚乙烯）、PVC（聚氯乙烯）、ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）、PA（聚酰胺）、PC（聚碳酸酯）、PS（聚苯乙烯）等几十种。
随着汽车中应用塑料的数量越来越多，纳米塑料很可能会普遍应用在汽车上，其中最引起汽车业内人士注意的有阻燃塑料、增强塑料、抗紫外线老化塑料、抗菌塑料等。
增强塑料是在塑料中填充经表面处理的纳米级无机材料蒙脱土、CaCO3、SiO2等，这些材料对聚丙烯的分子结晶有明显的聚敛作用，可以使聚丙烯等塑料的拉伸强度、抗冲击强度和弹性模量上升，使塑料的物理性能得到明显改善。增强增韧塑料可以代替金属材料，由于它们密度小、质量轻，因此用于汽车上可以大幅度减轻汽车质量，达到节省燃料的目的。这些用纳米技术改性的增强增韧塑料，可以用于汽车上的保险杠、座椅、翼子板、顶蓬盖、车门、发动机盖、行李舱盖等，甚至还可用于变速器箱体、齿轮传动装置等一些重要部件。
7.反应接枝改性
在由一种或几种单体组成的聚合物的主链上，通过一定的途径接上由另一种单体或几种单体组成的支链的共聚反应，是高聚物改性技术中最易实现的一种化学方法。目前最常见的接枝单体是马来酸酐、GMA和丙烯酸、GMA和丙烯酸等。接枝的方法有：①溶液法，在溶剂中加入过氧化物引发剂进行共聚；②辐射法，在高能射线下接枝；③熔融混炼法，在过氧化物存在下，于熔融状态下混炼，进行接枝，常常在双螺杆挤出机中进行。
马来酸酐接枝改性聚合物一般采用双螺杆挤出机熔融混炼法制备，其系列品种包括聚乙烯（PE-g-MAH）、聚丙烯（PP-g-MAH）、ABS（ABS-g-MAH）、POE（POE-g-MAH）、EPDM（EPDM-g-MAH）等，其操作工艺简单、生产成本低、产品质量稳定。其中产品MAH接枝率在0.5%～2.5%范围内可调，其他力学性能指标优良。可广泛用作各类非极性聚合物（如PE、PP等）与极性聚合物（如PC、PET、PA等）共混改性时的相容剂等。
纳米碳酸钙是一种十分重要的无机增韧增强功能性填料，被广泛地应用在塑料、橡胶、涂料和造纸等工业领域。为降低纳米碳酸钙表面高势能、调节疏水性、提高与基料之间的润湿性和结合力、改善材料性能，须对纳米碳酸钙进行表面改性。常用的改性方法主要以脂肪酸（盐）、钛酸酯、铝酸酯等偶联剂在碳酸钙表面进行化学改性，从而使改性碳酸钙填充的聚合物冲击强度得到较大的提高。为了提高无机填料与有机基体之间的相容性，用高分子有机物对无机填料进行表面接枝改性是一种常用方法。如以磷酸盐改性超细CaC03表面，然后与聚异丁烯酸接枝，或采用羧酸吸附和聚丁基丙烯酸接枝对CaC03表面改性，与丙烯单体混合后通过聚合制备性能较好的PP/CaC03复合材料。
8.功能化改性
功能化改性包括导电、抗静电、导热和发光等。多年以来，有关复合型导电高分子材料的研究不胜枚举，但仍有许多问题没有得到很好的解决。如在添加导电介质提高导电性的同时，力学性能会有所下降，因此复合型导电高分子材料的发展主要集中在降低电阻率与提高材料的综合性能两个方面。对于改进抗静电性而言，在抗静电性要求不高的场合，如静电消除，一般添加抗静电剂即可达到要求；而在一些抗静电要求较高的场合，如电磁屏蔽，则需要加入碳类材料或金属类材料。
9.热塑性弹性体技术
热塑性弹性体（TPE或TPR）由于兼具热塑性塑料的重复加工性和橡胶的高弹性等物理力学性能，同时又具有优异的回收再生性，因此作为一种全新的高分子合金材料具有非常广泛的产品适应性。另外由于热塑性弹性体特殊的分子结构的可调整性和可控制性，还使其表现出多种优异性能。相信随着新型改性技术的不断出现与材料性能的不断提高，热塑性弹性体必将拥有更加广阔的市场空间。
目前热塑性弹性体已发展到十几个品种，有4个基本的类型，即苯乙烯嵌段共聚物（SBC）、热塑性硫化胶（TPV）、热塑性聚氨酯（TPU）和共聚多酯（COPE）。
热塑性聚氨酯弹性体是第一个运用热塑性工艺加工的弹性体，有聚酯和聚醚两种类型。聚酯型具有较高的力学性能，聚醚型具有较好的水解稳定性和低温韧性。聚氨酯弹性体具有良好的耐磨性，通过填充添加剂还可以提高耐候性、尺寸稳定性、耐热性、减少摩擦或增加阻燃性，它们在各硬度等级的产品中都有很广泛的应用，涉及的产品包括汽车密封件和垫圈、稳定杆套、医用导管、起搏器和人造心脏装置、手机天线齿轮、滑轮、链轮、滑槽衬里、纺织机械部件、脚轮、垫圈、隔膜、联轴器和减振部件等。
共聚多酯弹性体具有良好的动态性能、高模量、高伸长和撕裂强度，在高温和低温条件下具有良好的抗挠屈疲劳性。通过填充紫外线稳定剂或炭黑可以提高耐候性，耐无氧化酸、脂族烃、芳烃燃料、碱性溶液的性能良好；然而，无极性材料，如强无机酸和碱、氯化溶剂、苯酚类和甲酚会使聚酯降解。共聚多酯一般应用于弹性联轴器、隔膜、齿轮、波纹管垫环、保护套、密封件、运动鞋鞋底、电器接头、扣件、旋钮和衬套中。