新技术｜聚合物改性技术的最新进展

自20世纪初到70年代，聚合物品种的增长速度很快，每年都有几十个新品种诞生。而到20世纪70年代以后，聚合物新品种的开发速度有所放缓，人们的重点已从开发聚合物新品种转向对原有聚合物的改性方向。进入21世纪以来，聚合物工业原料的结构没有更大的变化，但在质量和性能方面有较大的提高，功能性聚合物、高性能复合材料均以年均10%以上的速度持续发展。聚合物合金、聚合物复合材料、液晶聚合物材料、聚合物纳米材料等新型聚合物原材料纷纷开发研制成功，为进一步满足工农业生产、高新技术开发和人们日常生活的需要，提供了丰富的原材料资源。

对原有聚合物的改性，可以在成本较低的情况下使聚合物获得全新的性能。如聚合物的共混改性，形成“聚合物合金”；聚合物的复合改性制成的“聚合物复合材料”；在聚合物改性中，纳米材料和液晶材料复合新技术将给塑料业带来革命性的影响。随着汽车、电子、通信、能源材料等相关行业的发展，改性聚合物材料的应用不断增长，其应用领域不断扩展，市场需求的日益增长，促进了聚合物改性技术的发展，以实现聚合物品种多样化、系列化、差别化、功能化及高性能化。

（1）接枝共聚技术的发展。20世纪80年代，人们将接枝共聚技术引入聚合物共混改性中，作为聚合物相容化的一个重要手段，并应用双螺杆挤出反应技术，将带有官能团的单体与聚合物在熔融挤出过程中进行接枝反应，使一些不具极性的聚合物大分子链上引入具有一定化学反应活性的官能团，使之变成极性聚合物，从而增强一些非极性聚合物与极性聚合物间的相容性。

（2）聚合物合金相容化技术迅速发展。20世纪80年代，世界各大公司把研究重点放在高分子合金相容性上来，开发出不同合金体系的相容剂，实现共混高分子合金的实用化。各种共聚物、接枝聚合物的问世，有效地解决共混体系中不同聚合物间的相容性问题，促进了共混合金的发展。

（3）互穿网络（IPN）技术的应用。所谓互穿网络技术是将两种或多种能各自交联和相互穿透的聚合物进行共混，使共混组分通过相互缠结形成具有网络结构的体系。这个体系中并没有化学结合，仅是物理缠结。这种结构的共混物具有优异的性能。

（4）液晶改性技术的应用。液晶改性技术是20世纪80年代发展起来的新技术。液晶聚合物的出现及其特有的性能为聚合物改性理论与实践增添了新的内容。液晶聚合物可分为溶致性和热致性两大类，具有优良的物理、化学和力学性能，如高温下强度高、弹性模量高、热变形温度高、线膨胀系数极小、阻燃性优异等。利用这种高性能液晶聚合物作为增强剂与PA共混，能制造高强度改性PA。这种技术称为“原位复合”技术，液晶聚合物与PA熔融共混挤出流动中易取向，形成微纤分散在PA基体，从而起到增强作用，这种技术改变了传统的填充增强的方式。(www.xing528.com)

（5）分子复合技术的发展。1984年日本的高柳素夫首次提出了分子复合的概念。他将聚对苯二甲酸对苯二胺（PPTA）加入己内酰胺或己二酸己二胺盐中，进行聚合。PPTA在PA6或PA66聚合过程中，以微纤的形式分散在基体中，并产生一定的取向。当加入量在5%时，复合材料的强度与聚酰胺相比增加2倍之多，这种达到分子水平的分散技术是制备高强度复合材料的重要途径。

（6）聚合物纳米复合材料与技术及其发展。纳米技术是20世纪90年代发展起来的新技术。20世纪90年代初，日本宇部兴产发表了纳米尼龙专利，国内1996年开始着手纳米聚酰胺的研究，研究发现添加5%的有机蒙脱土，就能使PA6的热变形温度提高1.5倍之多，这就是纳米材料神奇的地方。更有趣的是这种纳米材料不仅具有增强作用还具有一定的增韧效果。近年来，有人开始研究有机纳米材料，如纳米级丁腈橡胶，它在加入量少的情况下，可以达到一般橡胶同样的增韧效果。因此，纳米材料的开发与应用，对增强、增韧理论又有新的发现。

这种以纳米尺寸的无机材料或有机高分子分散在聚合物中所得到的复合材料称为聚合物纳米复合材料。纳米材料的发现，给聚合物改性注入无限活力。聚合物纳米复合材料具有很多独特的性能，如耐热性、润滑性、流动性、阻隔性等。聚合物纳米复合材料的制备技术，由20世纪90年代的插层聚合法发展到共混法。纳米材料从无机层状蒙脱土到纳米TiO2、CaCO3等，最近，纳米丁腈橡胶已经问世。尽管聚合物纳米材料还未完全进入产业化，纳米材料的制造技术已经取得重大突破，纳米材料的独特性能与神奇功能已被人们所认识。所以说，聚合物纳米复合材料将成为未来高分子材料发展的一个重要方向。

（7）动态硫化与热塑弹性技术。20世纪80年代，开发了动态硫化技术，用于制造热塑性弹性体。所谓动态硫化就是将弹性与热塑性树脂进行熔融共混，在双螺杆挤出机中熔融共混的同时，弹性体被“就地硫化”。实际上，硫化过程就是交联过程，它是通过弹性体在螺杆高速剪切应力和交联剂的作用下发生一定程度的交联，并分散在载体树脂中。交联的弹性微区主要提供共混体的弹性，树脂则提供在熔融温度下的塑性流动性，即热塑成型性，这种技术制造的弹性体／树脂共混物称为热塑性弹性体。在热塑性弹性体的制备中，往往是交联反应与接枝反应同时进行。即在动态交联过程中，加入接枝单体与载体树脂、弹性体的同时发生接枝反应，这样制备的热塑性弹性体，既具有一定的交联度，又具有一定的极性。大分子链中带有一些官能团，增加了热塑性弹性体的反应活性，在与基体树脂共混增韧的过程中，能与基体树脂发生化学结合，增强了相互间的相容性。从而，更加有效地提高了热塑性弹性体的增韧效果。

可以预见，今后聚合物改性仍将是高分子材料科学与工程最活跃的领域之一。