聚合物材料的增黏改性技术

发布日期:2024-08-08 13:14:22 来源:免责声明:所载内容来源于爱脉脉等互联网,微信公众号等公开渠道,我们对文中观点持中立态度,本文仅供参考、交流。转载的稿件版权归原作者和机构所有,如有侵权,请联系我们删除。

一、引言

往往在挤出成型加工的时候,由于材料的黏度不够高,成型产品会出现厚薄不均的情况,如果通过对模具进行改善,也能达到解决问题的目的,但是如果对材料进行增黏改性,也是可以达到同样目的。

聚合物黏度的提高通常意味着相对分子质量的增大,因此聚合物的增黏改性一方面会导致流动性降低,另一方面还可改善产品的力学性能和耐热性能等性能指标。

二、聚合物材料增黏改性的技术进展 

近年来,随着高分子化学、材料科学以及纳米技术的快速发展,聚合物材料的增黏改性技术也取得了显著进展。目前,增黏改性技术主要包括物理改性、化学改性和纳米改性三种方法。

1. 物理改性 物理改性主要通过改变聚合物材料的物理状态、结构或添加增黏剂等方式来提高其黏附性能。例如,通过调整聚合物的分子量、分子量分布、交联度等参数,可以改善其黏附性能。此外,添加增黏剂如橡胶、树脂等,也能有效提高聚合物材料的黏附力。

2. 化学改性 化学改性则是通过化学反应在聚合物分子链上引入新的官能团或改变其分子结构,从而改善其黏附性能。例如,通过接枝共聚、交联反应等方法,可以在聚合物分子链上引入极性基团或交联点,提高其与基材的相互作用力,进而增强黏附性能。

3. 纳米改性 纳米改性是一种新兴的增黏改性技术,通过在聚合物材料中添加纳米粒子或纳米复合材料,可以显著改善其黏附性能。纳米粒子具有较大的比表面积和表面能,能够与聚合物分子链形成强烈的相互作用,从而提高其黏附力。此外,纳米粒子还能改善聚合物材料的力学性能、热稳定性等性能。

三、聚合物材料增黏改性的方法

1、交联剂

在聚合物中加适量的、合适的交联剂,可以显著地提高其熔体黏度。例如在PA6中加入1% BMI(二苯甲烷双马来酰胺)时,拉伸强度和热变形温度达到最大值,分别为80MPa和74℃。

在热塑性树脂中常用的交联剂有过氧化物类,如过氧化二异丙苯(DCP)、 过氧化苯甲酰(BPO)、二叔丁基过氧化物(DTBP)等,酰胺类如二苯甲烷双马来酰胺(BMI)等。

2、扩链剂

对于含有羧基的聚合物如聚酯类(PET、PBT、PBS、PC、PLA等)和聚酰胺类(PA6、PA66、PA46 等)而言,可以通过加入扩链剂达到增黏目的。扩链剂为含羟基或氨基的低相对分子质量多官能团化合物,常用的扩链剂有醇类、胺类、醚类、环氧类、异氰酸酯类、酸酐类和噁唑啉类等,它们具有和羧基反应的双或多官能团。

3、增黏物质

某些低分子天然聚合物如松香类树脂、石油树脂、松香酸甘油酯、氢化松香酸戊四醇酯、二烯聚合物、烷基酚醛树脂、达马树脂和虫胶等都是良好的增黏物质。有些低分子合成聚合物如聚苯乙烯、松香改性酚醛树脂等也可以用做增黏物质使用。PVC乳液也是良好的增稠剂,属于非离子表面活性剂类别,具体品种如单月桂酸酯聚氧乙烯化合物、环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物等。聚合物增黏改性中一般常用的增黏剂品种有松香、改性松香(138或145)、C5石油树脂、C9石油树脂和萜烯树脂等。

4、剪切增黏材料

剪切增黏材料是指在特定的剪切速率条件下随剪切速率提高体系黏度急剧升高的一类材料。这类材料的黏度变化与正常的树脂材料不同,正常树脂希望剪切速率提高而黏度下降,以减少设备负荷。而这里树脂剪切速率提高黏度也提高,这种剪切增黏效应,对正常树脂加工中是要避免产生的,但在有些特殊场合又是需要的。

5、化学增粘技术

  1. 加入交联剂:在聚合物中加入适量的交联剂可以显著提高其熔体黏度。常用的交联剂有过氧化物类(如过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、二叔丁基过氧化物等)和酰胺类(如二苯甲烷双马来酰胺)。这些交联剂可以引发聚合物分子链之间的交联反应,从而增加分子量和黏度。

  2. 加入增黏物质:某些低分子天然聚合物如松香类树脂、石油树脂、松香酸甘油酯等,以及合成聚合物如聚苯乙烯、松香改性酚醛树脂等,都可以作为增黏物质使用。这些物质可以通过物理混合或化学反应提高聚合物的黏度。

  3. 加入扩链剂:对于含有羧基的聚合物(如聚酯、聚酰胺等),可以通过加入扩链剂来增加分子量和黏度。常用的扩链剂包括醇类(如1,4-丁二醇、甘油等)、胺类(如乙二胺、N,N二羟基二异丙基苯胺等)、醚类(如氢醒-二(β-羟乙基)醚)、环氧类、异氰酸酯类、酸酐类和噁唑啉类等。

  4. 剪切增黏材料:在特定的剪切速率条件下,某些材料的黏度会随着剪切速率的提高而急剧增加。这类材料包括粒子胶体(如PEG中加入纳米二氧化硅等)和分子胶体(如含硼有机硅聚合物)。剪切增黏材料主要用于特殊场合,如人体防穿刺材料、石油增黏剂和阻尼材料。

  5. 液相增粘技术:通过在聚酯熔融状态下,通过特殊的工况提高聚酯熔体的粘度,一步直接生产出更高粘度的聚酯熔体。这种方法可以替代固相聚合(SSP)整个工厂,大大减少投资和运行成本。液相增粘技术包括均化混合、去除低分子物质和分子链增长等步骤。

  6. 水溶性高分子的增粘作用:水溶性高分子材料具有多种物理功能,包括增粘性。这些高分子材料中的亲水基团不仅使其具有水溶性,而且还具有化学反应功能,以及分散、絮凝、增粘、减阻、粘合、成膜、成胶、螯合等多种物理功能。增粘性是指水溶性高分子有使别的水溶液或水分散体的表观粘度增大的作用。

通过这些方法,可以有效地提高聚合物的黏度,改善其加工性能和最终产品的性能



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