《改性塑料新材料配方设计实验》讲义及教学大纲(高091班)(1).doc
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1、改性塑料新材料配方设计实验讲义及教学大纲杨明山目 录改性塑料新材料配方设计实验1一 实验目的1二、塑料填充改性配方设计要点1三、塑料共混改性配方设计要点2四、聚乙烯防老化改性配方设计要点2五、塑料阻燃改性配方设计要点3六、集成电路封装用环氧树脂模塑料配方设计实验要点4七、改性塑料配方设计实验步骤与学时安排4八、改性塑料配方设计实验任务、目标、提示与要求5九、基本实验流程6十、思考题6十一、“改性塑料新材料配方设计实验”安排表77一 实验目的1、 掌握塑料改性配方设计的基本知识;2、 了解塑料加工常用的设备(如高速混合机、双螺杆挤出机、塑料注射机等)的基本结构原理与操作方法;3、 掌握塑料改性配
2、方试验的混合、混炼、注射制样等基本操作方法。4、 掌握塑料基本性能的测试方法二、塑料填充改性配方设计要点目前改善填料树脂界面结构、提高填充复合体系性能的主要途径是改变填料的表面性能,使其和树脂具有较好的相容性。改善填料表面性能的方法很多,如采用低分子偶联剂、表面活性剂等。然而由于偶联剂与聚合物和填料之间是非化学键结合,所以易在加工过程中脱落而失去偶合作用。且这类改性方法往往使填充体系的某些性能下降。而填料表面聚合改性是提高填料与基体树脂粘合性的有效手段。通过熔融接枝的方法制备的高分子型界面相容剂,对/3填充体系具有明显的增容效果 23。有效提高了/3两相间的界面粘结,是使材料实现强韧化的关键组
3、分。当体系中加入界面相容剂后,冲击性能发生较大的变化。其原因是界面相容剂在其中发挥核心作用。可以认为,作为界面改性物质,在体系中主要发挥了三个作用:其一是偶联作用,即是带有极性的高分子材料,其极性基团“羧端基”可以和无机填料表面富含的“羟端基”产生较强的相互作用,其非极性的柔性链又可以和基体树脂发生链缠结,由此改善了两相间的表面性质,提高了相界面粘结,促进了3的分散,其反应过程如下式所示: 其二是界面层作用,HDPEgMAH成一弹性界面层,这一与无机填料良好“嫁接”的弹性层能够传递应力,诱发基体屈服,阻止裂纹的进一步扩展。其三是协调作用,与基体树脂的主链结构虽然相同,但引入极性基团后,其熔体粘
4、度、结晶性能、力学性能均发生了一定程度的变化,而熔融接枝是无规的,各项性能的反映是有利于填充体系韧性提高的。如结晶度降低、韧性提高可使体系屈服强度增大。通过对HDPE/HDPEgMAH/填充物体系的二甲苯萃取试验发现:接枝聚乙烯大分子链上的马来酸酐基团在熔融填充过程中与CaCO3填料表面形成了一定的化学结合,改善了树脂与填料之间的界面亲合性,起到了增容作用,拉伸与冲击性能测定表明增容填充体系的力学性能明显提高。滑石粉是常用的填料,在HDPE中大量使用。但未改性的滑石粉对PE的机械性能有不好的影响,因此对滑石粉机械改性是必要的。偶联剂的种类、用量以及填料的料径和填充量对滑石粉填充LDPE材料流变
5、性具有影响。三、塑料共混改性配方设计要点PET综合性能优良以及原料来源丰富,成本较低使其在众多塑料中独占鳌头,广泛用于饮料瓶等包装领域,其废旧物越来越多,2012年预计达到700万吨废弃PET。为了进一步拓宽回收PET的应用领域,需对其进行共混改性,可与聚烯烃(PP和PE)进行共混,提高其加工性和韧性等。但由于PET为极性树脂,而PP和PE为非极性树脂,两者相容性较差,需要添加相容剂来提高二者的相容性。可选用的相容剂主要为马来酸酐接枝PP或PE。四、聚乙烯防老化改性配方设计要点以抑制聚合物树脂热氧化降解为主要功能的助剂,属于抗氧剂的范畴。抗氧剂是塑料稳定化助剂最主要的类型,几乎所有的聚合物树脂
6、都涉及到抗氧剂的应用。按照作用机理,传统的抗氧剂体系一般包括主抗氧剂、辅助抗氧剂和重金属离子钝化剂等。主抗氧剂以捕获聚合物过氧自由基为主要功能,又有“过氧自由基捕获剂”和“链终止型抗氧剂”之称,涉及芳胺类化合物和受阻酚类化合物两大系列产品。辅助抗氧剂具有分解聚合物过氧化合物的作用,也称“过氧化物分解剂”,包括硫代二羧酸酯类和亚磷酸酯化合物,通常和主抗氧剂配合使用。重金属离子钝化剂俗称“抗铜剂”,能够络合过渡金属离子,防止其催化聚合物树脂的氧化降解反应,典型的结构如酰肼类化合物等。最近几年,随着聚合物抗氧理论研究的深入,抗氧剂的分类也发生了一定的变化,最突出的特征是引入了“碳自由基捕获剂”的概念
7、。这种自由基捕获剂有别于传统意义上的主抗氧剂,它们能够捕获聚合物烷基自由基,相当于在传统抗氧体系中增设了一道防线。此类稳定化助剂目前见诸报道的主要包括芳基苯并呋喃酮类化合物、双酚单丙烯酸酯类化合物、受阻胺类化合物和羟胺类化合物等,它们和主抗氧剂、辅助抗氧剂配合构成的三元抗氧体系能够显著提高塑料制品的抗氧稳定效果。应当指出,胺类抗氧剂具有着色污染性,多用于橡胶制品,而酚类抗氧剂及其与辅助抗氧剂、碳自由基捕获剂构成的复合抗氧体系则主要用于塑料及艳色橡胶制品。光稳定剂也称紫外线稳定剂,是一类用来抑制聚合物树脂的光氧降解,提高塑料制品耐候性的稳定化助剂。根据稳定机理的不同,光稳定剂可以分为光屏蔽剂、紫
8、外线吸收剂、激发态猝灭剂和自由基捕获剂。光屏蔽剂多为炭黑、氧化锌和一些无机颜料或填料,其作用是通过屏蔽紫外线来实现的。紫外线吸收剂对紫外线具有较强的吸收作用,并通过分子内能量转移将有害的光能转变为无害的热能形式释放,从而避免聚合物树脂吸收紫外线能量而诱发光氧化反应。紫外线吸收剂所涉及的化合物类型较多,主要包括二苯甲酮类化合物、苯并三唑类化合物、水杨酸酯类化合物、取代丙烯腈类化合物和三嗪类化合物等。激发态猝灭剂意在猝灭受激聚合物分子上的能量,使之回复到基态,防止其进一步导致聚合物链的断裂。激发态猝灭剂多为一些镍的络合物。自由基捕获剂以受阻胺为官能团,其相应的氮氧自由基是捕获聚合物自由基的根本,而
9、且由于这种氮氧自由基在稳定化过程中具有再生性,因此光稳定效果非常突出,迄今已经发展成为品种最多、产耗量最大的光稳定剂类别。当然,受阻胺光稳定剂的作用并不仅仅局限在捕获自由基方面,研究表明,受阻胺光稳定剂往往同时兼备分解氢过氧化物、猝灭单线态氧等作用。五、塑料阻燃改性配方设计要点众所周知,大部分高分子材料都是易燃材料,因此,在电气、电子、电器、汽车、车辆、航空等行业的应用中,有必要进行阻燃化改性,使之成为难燃材料,保证使用的安全性。就目前实际应用的情况看,高分子材料的阻燃改性有两种方式,一种是添加阻燃材料,与高分子基体树脂共混,制造出阻燃高分子复合材料;另一种办法是采用具有阻燃元素的反应性单体与
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