[科普中國]-瓶聚合

瓶聚合即塑料瓶用的聚合物。

超支化聚合物具有不規(guī)則三維球狀結(jié)構(gòu)，且一些官能團(tuán)分布多呈不均一分散，有很多線性結(jié)構(gòu)單元等特點(diǎn)，使得超支化聚合物的分子量分布較寬。

超支化聚合物的加入，更大程度體現(xiàn)在對通用塑料與工程塑料的加工方式和應(yīng)用性能等方面。提高了塑料的柔韌性，使其在加工過程中具有一定的流動(dòng)性，解決了塑料硬化難以加工等問題；提高了塑料的結(jié)晶度，使塑料制品的力學(xué)性能提高；有效增容共混物，增強(qiáng)了復(fù)合材料的界面相容性和力學(xué)性能。

超支化聚合物的合成及特性近十年來，超支化聚合物已經(jīng)成為合成化學(xué)中的一個(gè)新熱點(diǎn)。目前，比較成熟的合成方法是單體縮聚法，比如超支化的聚酰胺、聚碳酸酯等均采用這種合成方法。另外，還發(fā)展了自縮合乙烯基聚合法，能夠很好地避免交聯(lián)反應(yīng)和凝膠的發(fā)生，比如超支化型聚苯乙烯類、聚胺類、聚酯、聚醚等有通過該方法制備的報(bào)道。除此之外，還有常見的開環(huán)聚合法，其操作簡單，副產(chǎn)物低，是制備超支化聚胺、聚酯、聚醚主要的合成方法。

超支化聚合物具有不規(guī)則三維球狀結(jié)構(gòu)，且一些官能團(tuán)分布多呈不均一分散，有很多線性結(jié)構(gòu)單元等特點(diǎn)，使得超支化聚合物的分子量分布較寬，支化度在之間。結(jié)構(gòu)方面雖然不如樹枝狀聚合物完美，但繼承和發(fā)展了樹枝狀聚合物的一些特性，如溶解性好，溶液和熔融黏度低，且具有大量末端官能團(tuán)和分子內(nèi)空隙結(jié)構(gòu)等。另外，超支化聚合物還具有合成過程簡單，可以實(shí)現(xiàn)一步法，自身產(chǎn)率高，價(jià)格低，易工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，超支化聚合物的這些特點(diǎn)無疑為更好地實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、大批量生產(chǎn)創(chuàng)造了條件。1

超支化聚合物對塑料的增塑作用隨著汽車、電子和建筑等行業(yè)的迅速發(fā)展，我國塑料行業(yè)已進(jìn)入快速發(fā)展期，因此在“十三五”期間，探索研究出改性材質(zhì)的塑料，滿足市場對中高檔產(chǎn)品的需求，打破依靠進(jìn)口的技術(shù)壟斷，成為今后研究的主要方向。塑料主要分為通用塑料和工程塑料。通用塑料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯和氨基塑料等，其產(chǎn)量占整個(gè)塑料產(chǎn)量的以上，它們都是熱塑性塑料。工程塑料主要包括聚酰胺、聚碳酸酯、熱塑性聚酯、聚甲醛、聚酰亞胺等。

研發(fā)和加工高性能塑料產(chǎn)品是現(xiàn)今社會(huì)對塑料領(lǐng)域提出的重大課題和挑戰(zhàn)。高性能塑料加工過程中往往會(huì)遇到加工流動(dòng)性差、聚合物難以共混等困難，以下我們分別從通用塑料和工程塑料的角度闡述超支化聚合物在塑料中作為增塑助劑的應(yīng)用研究進(jìn)展。

1、增塑超高分子量聚乙烯

超高分子量聚乙烯的分子量通常大于5萬，因其具有優(yōu)異的耐磨損性、抗沖性、耐低溫、低摩擦系數(shù)、吸水率低、耐化學(xué)腐蝕、電絕緣等特性引起了人們的廣泛關(guān)注。由于具有很長的分子鏈，熔體黏度很高，給成型加工帶來很大困難。為了改善的加工流變性，王亓超等將超支化聚酯酰胺和線型低密度聚乙烯與共混，研究了不同配比共混體系的流變行為。在加工高聚物熔體、高聚物流體等假塑性流體的過程中，該共混體系的表觀黏度隨著剪切速率的增加而降低，且用量的增加使得體系的表觀黏度降低，而用量的增加有利于體系表觀黏度提高。齊東超等采用超支化聚合物來改善的加工流動(dòng)性，當(dāng)用量為時(shí)，對分子量為2萬的進(jìn)行熔融，通過形態(tài)觀察，發(fā)現(xiàn)分子極易在混合熔體表面富集，說明通過降低混合熔體的表觀黏度可改善的加工流動(dòng)性。

2、增塑聚氯乙烯

聚氯乙烯是五大通用塑料之一，具有優(yōu)良的綜合性能，廣泛應(yīng)用于建筑、包裝、絕緣、防腐等領(lǐng)域。但由于對光、熱的穩(wěn)定性較差，易發(fā)黃變脆，還有加工性能和綜合使用性能較差等不足，因此需對其進(jìn)行改性，有專家和學(xué)者通過加入超支化聚合物對進(jìn)行改性，取得了良好的效果。

超支化聚合物的加入，能夠在一定程度上改善熔體的表觀黏度，可在較低溫度下對進(jìn)行加工，避免了的熱降解。刁建志等研究了不飽和超支化聚酰胺酯流變行為和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的變化。結(jié)果表明，在一定用量范圍內(nèi)，熔體的表觀黏度高于純的熔體表觀黏度，特別是當(dāng)用量為7份時(shí)，共混物熔體的表觀黏度達(dá)到最大值。

趙輝等研究了超支化聚胺酯的分子量和用量對共混體系沖擊性能和流變性能的影響。1

超支化聚合物對塑料的結(jié)晶作用化學(xué)結(jié)構(gòu)、鏈柔性、分子間作用力均影響聚合物的結(jié)晶行為。

聚合物結(jié)構(gòu)越規(guī)整，鏈柔性越好，空間位阻越小越容易結(jié)晶。很多工程塑料由于其較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，影響了聚合物的結(jié)晶行為，導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和性能不理想。聚對苯二甲酸乙二醇酯是熱塑性聚酯中最主要的品種，俗稱滌綸樹脂。屬結(jié)晶型飽和聚酯，主鏈上存在剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其不易結(jié)晶，注塑成型的溫度較高、成型周期長、尺寸收縮率大，從而限制了其在工程塑料領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，不少專家和學(xué)者在對的結(jié)晶改性方面進(jìn)行了大量研究，提高的結(jié)晶速率是研究領(lǐng)域的重要課題之一。劉晶如等研究了不同端基的超支化聚酯對結(jié)晶行為的影響，發(fā)現(xiàn)的加入并沒有改變的結(jié)晶成核機(jī)理和生長方式。端羥基超支化聚酯的加入使得的結(jié)晶速率變慢，對晶體生長起到了抑制作用；而端十六烷基超支化聚酯在中起到了很好的結(jié)晶促進(jìn)劑作用，能夠促進(jìn)結(jié)晶。端苯基超支化聚酯的加入既保證了具有成核劑的作用，同時(shí)還可以發(fā)揮端苯基的結(jié)晶促進(jìn)劑作用，因而更有利于結(jié)晶，并且發(fā)現(xiàn)的第三代超支化聚酯對的結(jié)晶促進(jìn)能力最強(qiáng)。此外，寧萌、李林等研究了超支化聚合物對聚甲醛結(jié)晶行為的影響。

超支化聚合物具有大量官能團(tuán)化的支化鏈段，流動(dòng)性好，可以對聚合物進(jìn)行增塑改性，加快結(jié)晶速率，提高其結(jié)晶度，增強(qiáng)其力學(xué)性能等；同時(shí)可以通過調(diào)控支化鏈末端基團(tuán)，達(dá)到對聚合物結(jié)晶的可調(diào)控性，這對塑料加工的多樣性提供了發(fā)展方向。1

超支化聚合物對塑料共混的增容作用由于聚合物之間存在極性差異，使得其共混物的力學(xué)性能降低，實(shí)用價(jià)值也大打折扣。因此提高共混物的相容性是使其具有優(yōu)良特性的重要保障。常見的提高共混體系相容性的方法是在共混體系中添加增容劑，增容劑的加入可以有效降低共混體系的界面張力，在兩相界面之間發(fā)揮作用，使得共混物更好地分散在兩相中。

超支化聚合物改性線型聚合物也成為塑料增容改性研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。楊樹等研究了兩親性超支化聚胺酯對共混體系的增容作用，結(jié)果表明，加入2份時(shí)，共混體系的相容性可大幅提高，且其拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率均提高了。共混體系的絕對復(fù)數(shù)黏度隨著用量的增加而降低；掃描電子顯微鏡分析表明，的加入可使和的界面產(chǎn)生相互黏結(jié)作用，共混體系中分散相的尺寸大大降低，有利于共混物的成型加工。

傅武興等采用原位懸浮聚合法制備了聚苯乙烯超支化聚酰胺酯復(fù)合粒子，并用雙螺桿共混擠出三元共混物。結(jié)果表明，為熱力學(xué)不相容體系，少量的加入可改變的球晶結(jié)構(gòu)，使球晶小而密，同時(shí)均勻分散；引入使得的晶體結(jié)構(gòu)更加完善，結(jié)晶溫度和結(jié)晶度提高；引入復(fù)合粒子對纖維的可紡性影響不大，但可在很大程度上改善的力學(xué)性能，同時(shí)，染色性能也明顯提高。刁建志等研究了超支化聚酰胺酯對共混體系的增容作用。結(jié)果表明，的加入可有效改善共混體系的相容性。當(dāng)用量為2份時(shí)，共混物的拉伸強(qiáng)度提高，沖擊強(qiáng)度降低。掃描電子顯微鏡測試結(jié)果表明，可明顯改變共混物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了的界面黏結(jié)作用，減小了共混體系的相分離程度。

在提高塑料制品加工性能的同時(shí)，有效提高了制品的力學(xué)強(qiáng)度，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，這些特點(diǎn)使得超支化聚合物在塑料科技發(fā)展中，能夠發(fā)揮越來越重要的作用。今后在超支化聚合物領(lǐng)域，應(yīng)該不斷著眼于合成方法的研究，將產(chǎn)業(yè)化和簡單廉價(jià)的工藝手段放在重點(diǎn)研究之列；還應(yīng)注重多領(lǐng)域的交流合作，不斷開發(fā)超支化聚合物在各個(gè)領(lǐng)域潛在的應(yīng)用價(jià)值，如生物醫(yī)學(xué)、納米新材料、基因工程、光學(xué)等，從而賦予超支化聚合物新的使命。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學(xué)