对高分子材料改性的认识

对高分子材料改性的认识

高分子材料(macromolecular material)是以高分子化合物为基础的一大类材料的总称，是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料。高分子材料在我们生活的用途很广，但纯的高分子材料的品种较少而且性能并不能完全满足人们的需要，对高分子材料的改性增加了高分子材料的品种，完善了高分子材料的性能，使高分子材料尽可能的满足人们的需要。

高分子材料的改性是通过物理、机械和化学等作用使高分子材料原有性能得到改善。改性过程中既可发生物理变化，也可发生化学变化。高分子材料的改性一般分为共混改性；化学改性；表面改性；填充与纤维增强改性。高分子材料改性的依据是高分子材料的结构决定了高分子材料的性能。如果某种高分子材料无法满足实际需求，可以通过对其结构的变化，使其性能发生改变进而满足实际需求。所以研究高分子材料的结构对其性能的影响，对延伸材料的性能有着重要的意义。

共混改性的方法一般有物理共混法；共聚-共混法，互穿高分子网络法。共混改性重点是两种高分子材料的相容性，如果相容性较好，则共混物的性能结合了两种材料的优点，两种材料的缺点得到了改善。例如将超高分子聚乙烯（UHMWPE）掺入聚丙烯（PP）中以提高PP的冲击强度。PP材料由于分子链中有甲基的存在，导致分子链比较刚性，而且PP的分子链比较规整，导致PP 材料的结晶性较好，刚性较好但PP材料较脆，冲击强度较低。而UHMWPE颗粒的加入，使PP材料中出现了应力集中物，当共混的材料受到应力时，能较好的引发应力集中产生银纹，分散共混材料受到的应力，改善PP材料的冲击强度。但影响这种共混材料的因素有UHMWPE颗粒的大小，以及UHMWPE掺杂进去的量和UHMWPE颗粒的分布情况。一般情况掺杂物的颗粒越小，分布越均匀，掺杂量适中则共混材料的性能越好。互穿高分子网络法一般是两种或多种聚合物在聚合反应时，形成的共混物，这种共混材料的分散度很均匀，材料的性能很好，但是对反应的要求较高，成本较高，用途面较为狭窄。但这是一种新型的高分子材料共混改性方式，值得深入研究，改进反应条件，扩大应用面。

高分子材料的化学改性一般有共聚反应；交联；高分子材料主链反应和侧基反应。高分子材料的化学改性是高分子材料改性中应用最为广泛，尤其是以共聚反应和交联。高分子材料的共聚反应包括无规共聚；接枝共聚；嵌段共聚和交替共聚。实际中的应用实例较多，例如丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物（ABS）。ABS树脂是在对聚苯乙烯改性过程中开发出来的新型聚合物材料，它具有优异的综合性能，成为用途极为广泛的一种工程塑料。聚苯乙烯（PS）的分子链由于苯基的存在呈现很强的刚性，所以PS材料的拉伸强度大，刚性大，但冲击强度低，材料的脆性很大，限制了PS材料的使用。而聚丁二烯（PB）分子链中一个双键，键角大，分子链的柔性较好，使PB材料具有很好的韧性，冲击强度较高。但PB树脂中有活性的双键基团，PB材料的耐化学腐蚀性较差，PB材料容易光热老化和化学溶剂腐蚀。聚丙烯腈（PAN）树脂由于分子链中含有强极性的基团，使得聚丙烯腈树脂有很高的强度和很好的耐化学腐蚀性，这三种组分进行共聚使得ABS树脂兼有这三种组分的共同性能，成为具有坚韧、质硬、刚性的材料。高分子材料的交联(Crosslinking)是高分子材料在热、光、辐射或交联剂的作用下，分子链间以化学键连结起来构成三维网络或体型结构的反应。交联是高分子材料化学改性中应用很广泛的一种方法。最常见的例子就是橡胶的硫化反应。未硫化的橡胶由于橡胶结构中含有大量的不饱和基团，导致橡胶材料中有活性的基团，容易发生光热老化，使得材料的性能下降。而橡胶的硫化使得橡胶中的大量不饱和基团变成饱和基团，使橡胶中活波的基团数量下降，改善了橡胶材料的耐老化性能。但硫化剂的用量不能过多，如果所有的不饱和基团都反应了，则橡胶失去了高弹性。高分子材料主链反应和侧基反应就是在高分子材料中引入另一种基团来改善材料的性能。PP分子链中含有活波的叔氢，材料的耐化学腐

蚀性较差，可以利用交联或者侧基反应将活波的叔氢原子反应了，从而提高耐化学腐蚀性能。

高分子材料的表面改性包括材料的放电处理、火焰处理、臭氧处理、表面涂层、催化接枝和表面粗化。实际应用中表面改性用处还是很多的，例如两种材料进行共混反应，相容性不太好，可以利用材料的表面处理来改善两种材料的相容性。最常用的表面改性是偶联剂的表面改性，通过表面改性改善材料的极性和相容性。

高分子材料的填充与纤维增强改性是通过填充填料或者和纤维进行复合来改善高分子材料的性能。最常见的有电木和玻璃钢的应用，其中也包括了表面改性的知识。电木是由酚醛树脂中填充木粉制得的，玻璃钢大多数是由不饱和聚酯和纤维复合制得，它们都改善基体材料的性能，扩大了高分子材料的用途。

高分子材料改性的目的在于改善高分子材料某一方面的性能，扩大高分子材料的用途，开发出新的高分子材料，满足人们的需求。高分子材料的改性的基础是高分子材料的结构，具有什么样的结构就有什么样的性能，通过改变高分子材料的结构来完善高分子材料的性能，使得高分子材料更好的满足人民的需要。