塑料助剂的分类和作用

  • 发布:2017/9/27 8:35:59
  • 来源:环球塑化网

一、什么是塑料助剂

塑料助剂可以从广义和狭义两个方面解释。广义的塑料助剂是指在塑料制品加工成型过程中,所有添加在树脂基体中,可用于降低制品成本、改善或赋予制品某项使用性能,或者是改善塑料制品的加工性,都可称为塑料助剂。包括有机、无机、小分子和大分子。狭义的塑料助剂又称为塑料添加剂,特指可以改善塑料加工性能或者是改善或赋予制品某项性能的化工原料。如润滑剂、抗氧剂和阻燃剂等。在这里主要给大家介绍广义上的塑料助剂。

二、常用塑料助剂分类

目前,塑料常用助剂大致分为以上三大类。狭义上的助剂其实就是指上图中的加工助剂和功能助剂,并不包括填料。接下来,小编就给大家详细的介绍每一类助剂。

1、塑料填料

填料,可根据添加时的用途可以分为三类:

(1)降低成本类:可分为有机填料和无机填料。常用的无机填料有CaCO3、滑石粉、硅灰石、BaSO4、高岭土、元明粉、玻璃微珠等。常用的有机类填料主要为木粉、竹粉、果壳粉、贝壳粉及棉、麻和稻农副产品的粉末等。

这类填料是塑料助剂中应用最广泛,消耗量最大的一类。除降低成本外,还可以改善制品的某些性能。如,无机类填充普遍可以改善塑料制品的刚性、耐热性(无机填料)、尺寸稳定性、降低成型收缩率及抗蠕变性等。有机类填充可补强、降低成型收缩率及提高尺寸稳定性等,但是耐热性较差。

(2)增强类填料:最常用的增强类填料有两种:纤维类和晶须类。主要有:无机类(如玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维、晶须、石英纤维及陶瓷纤维等);有机类(如PA纤维、芳纶纤维、聚酯纤维、超高分子量聚乙烯纤维等)。

这类填料是塑料最主要的增强材料,用量可占整个增强材料的90%以上。目前塑料增强改性中最为常用的是玻纤和碳纤,特别是在汽车轻量化方面,研究应用较多。晶须多用于补强作用,常见的有CaCO3晶须和CaSO4晶须。

(3)增韧类填料:塑料的韧性常用其冲击强度值大小来表示。冲击强度是指试样受冲击破坏断裂时,单位面积上所消耗的功。它用于评价材料抵抗外界冲击的能力或判断材料的脆性或韧性程度。冲击强度越高,其韧性越好;反之,其脆性越大。增韧填料主要有橡胶和热塑性弹性体两类。

高抗冲橡胶主要有:乙丙橡胶(EPR)、三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈胶(NBR)、丁苯胶、天然胶、顺丁胶、氯丁胶、聚异丁烯及丁二烯胶等。热塑性弹性体有:乙烯-辛烯共聚物(POE)、SBS和SEBS等。

这类填料在增韧的同时,会降低制品的强度和刚性。所以,现在较为流行的方法是和刚性的无机纳米粉体共同添加到树脂基体中,进行共混增韧改性。

2、加工类助剂

塑料加工类助剂,根究用途可以分为三类:

(1)润滑剂:润滑剂的作用是降低物料之间及物料和加工设备表面的摩擦力,从而降低熔体的流动阻力,降低熔体粘度,提高熔体的流动性,避免熔体与设备的粘附,提高制品表面的光洁度等。

润滑剂按作用可分为内润滑剂和外润滑剂。实质也就是我们通常说的增塑剂和脱模剂。只是在不同树脂中叫法不一样,如增塑剂通常是在pvc树脂加工中应用较多,实质也是其内润滑的作用。内、外润滑剂的区分主要依其与树脂的相容性大小。内润滑剂与树脂亲和力大,其作用是降低大分子间的作用力;外润滑剂与树脂的亲和力小,其作用是降低树脂与加工机械之间的摩擦。

常用的润滑剂有饱和烃类(固体石蜡、液体石蜡、微晶石蜡和低分子量聚乙烯等)、金属皂类(硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁等)、脂肪族酰胺(EBS、油酸酰胺等)、脂肪酸类(硬脂酸、羟基硬脂酸)、脂肪酸酯类(PETS、单硬脂酸甘油酯、多硬脂酸甘油酯等)及脂肪醇类(硬脂醇、季戊四醇等)。

(2)热稳定剂:塑料在加工成型过程中,会因加热、摩擦或剪切等产生热量,或因塑料制品在使用过程中受热而发生性能变坏。为了防止塑料受热发生降解老化,需要添加一种使塑料在受热时不会引起分解和变化的物质,这种物质就叫做热稳定剂。主要用于PVC树脂的加工。

纯PVC树脂对热极为敏感,当加热温度达到90℃以上时,就会发生轻微的热分解;当温度达到120℃后,即发生明显的热分解,使PVC树脂颜色逐渐加深。PVC的热降解机理十分复杂,但PVC的热分解反应的实质是由于脱HCl反应引起的一系列反应,最后导致大分子断裂。

常用热稳定剂品种:铅盐类热稳定剂(三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、二盐基硬脂酸铅、碱式碳酸铅等);金属皂类热稳定剂(硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁等);有机锡类热稳定剂(含硫有机锡类、有机锡羧酸盐等);稀土热稳定剂。

(3)发泡剂:所谓发泡剂就是使对象物质成孔的物质,它可分为化学发泡剂和物理发泡剂和表面活性剂三大类。化学发泡剂是那些经加热分解后能释放出二CO2和N2等气体,并在聚合物组成中形成细孔的化合物;物理发泡剂就是泡沫细孔是通过某一种物质的物理形态的变化,即通过压缩气体的膨胀、液体的挥发或固体的溶解而形成的;发泡剂均具有较高的表面活性,能有效降低液体的表面张力,并在液膜表面双电子层排列而包围空气,形成气泡,再由单个气泡组成泡沫。

3、功能性助剂

(1)防老化类助剂:是指抑制塑料制品在贮存、运输和使用过程中,因外界因素(光、热、氧等,非机械因素)的作用下,大分子链降解,降低或丧失力学性能的过程。具有抑制高聚物分子链断裂,延长塑料制品使用性能的物质,统称为防老剂。包括:光/热稳定剂、抗氧剂、抗UV稳定剂和抗水解剂。

①光稳定剂/抗氧剂:塑料通常在光照,氧气及热的作用下会快速发生老化,从而导致:强度、刚度及韧性的下降;变色;出现划痕,表面光泽下降。影响塑料制品的使用性能。需要加入光稳定剂和抗氧剂抑制分子链的断裂,延长制品的使用性能。

酚类抗氧剂作用机理

常用的抗氧剂有1010、168、1076,复合的有B215、B225等。光稳定剂有770、622、944和783等。常用的抗UV稳定剂有UV―531、UV―326和UV―327。

②抗水解剂:在潮湿、温暖的环境下,水分子会破坏聚合物的大分子链,导致某些聚合物降解甚至失去任何性能的现象称为“水解”。聚烃类对水分比较稳定,浸在水溶液中到达平衡时含水量也很少。但是尼龙(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚酯(PET、PBT)等通过缩聚反应生成的聚合物,含有大量的酰胺基、酯基、脲基、缩二脲基、氨基甲酸酯基等高极性基团。它们在含水量不多和室温的条件下,吸入的水分与极性基团形成氢键,削弱了聚合物中自身分子之间的氢键,因而使聚合物的物理机械性能下降。这种作用是可逆的,当水分去除后,性能可以得到恢复。然而在温度较高和相对湿度较大时,水与聚合物分子链的极性基团发生反应而引起降解。

为了有效地防止某些聚合物水解的产生,通常是向材料中加入水解稳定剂,也称为抗水解剂。水解稳定剂的加入能有效地捕捉聚合物水解产生的羧基,生成稳定无害的产物(如酰脲衍生物),从而阻止聚合物进一步水解。水解稳定剂的品种较多,一般包括单(多)碳化二亚胺、噁唑啉类化合物、环氧化合物以及其他能终止水解的物质。

(2)卫生、安全性助剂:塑料制品最大的缺陷就是易燃,并且在燃烧的过程中会产生融滴,引发次生火灾。此外,塑料制品的导电性差,表面会堆积一层电荷,产生静电吸引,使制品表面吸附大量的灰尘和细菌。所以,塑料制品一般需要加入阻燃剂、抗静电剂和抗菌剂。保证塑料制品在使用过程的卫生、安全性。

①阻燃剂:阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂。高效安全的阻燃剂一般可以同时起到阻燃、抑烟、散热、防滴落四个作用。根据其使用方法可分为添加型和反应型两类。

常用的阻燃剂分为四类:卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、无机阻燃剂和膨胀型阻燃剂。

②抗菌剂:抗菌剂指能够在一定时间内,使某些微生物(细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等)的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。

抗菌剂的抗菌作用一般分为杀菌和抑菌作用。抗菌剂的浓度和作用时间对抗菌作用有很大的影响。银、铜、汞等金属离子、强氧化剂主要起杀菌作用,有机抗菌剂则主要表现为抑菌作用。同一抗菌剂,低浓度常表现抑菌,高浓度则为杀菌。

③抗静电剂:任何物体本身都带有静电荷,这种电荷可以是负电荷也可以是正电荷,静电荷的聚集会使生活或者工业生产受到影响甚至危害,将聚集的有害电荷导引/消除使其不对生产/生活造成不便或危害的化学品称为抗静电剂。

抗静电剂一般都具有表面活性剂的特征,结构上极性基团和非极性基团兼而有之。常用的极性基团(即亲水基)有:羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的阴离子,胺盐、季铵盐的阳离子,以及-OH、-O-等基团,常用的非极性基团(即亲油基或疏水基)有:烷基、烷芳基等。从而形成了纤维工业常用的五种基本类型的ASA,即胺的衍生物,季铵盐,硫酸酯、磷酸酯以及聚乙二醇的衍生物。

4、外观使用性能

塑料制品在日常生活中,无处不在。它们形状各异,色彩缤纷。各色各样的塑料制品也给我们的生活带了不一样的色彩。这全都归功于塑料着色剂。

着色剂使塑料改变固有的吸收及反射光波的特性。它可以是有机或无机的,可以是天然的或合成的。颜料是不能溶于普通溶剂的着色剂,故要获得理想的着色性能,需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。无机颜料热稳定性、光稳定性优良,价格低,但着色力相对差,相对密度大;有机颜料着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小,缺点为耐热性、耐候性和遮盖力方面不如无机颜料。

5、其他性能助剂

除了上述这些助剂之外,塑料在加工成型过程中的助剂还有很多,如相容剂、偶联剂、成核剂和防雾剂等。这些助剂,在塑料制品的使用性能方面都有着及其重要的作用。

①相容剂:相容剂又称增容剂,是指借助于分子间的键合力,促使不相容的两种聚合物结合在一体,进而得到稳定的共混物的助剂。塑料合金和木塑产品中使用较多。

abs为例,直接将两种材料共混得到“ABS”一定不是你想要的,因为它的性能一塌糊涂。为什么会有这样的差别呢?这就涉及到了高分子合金的关键技术——相容化技术。就ABS而言,大家可能知道他的生产方式是首先聚合得到的PB胶粉,然后以它为种子,另加丙烯腈和苯乙烯单体,接枝在PB胶粉上。这样在PB胶粉的表面其实是PB-g-AS这种聚合物。而这种聚合物将两种原本不相容的聚合物结合在一起,改善了原来体系的性能。相容剂一般是接枝聚合物。

②偶联剂:是一类具有两性结构的物质,它们分子中的一部分基团可与无机表面的化学基团反应,形成化学键合;另一部分基团则有亲有机物的性质,可与有机分子发生化学反应或产生较强的分子间作用,从而将两种性质截然不同的材料牢固地结合起来。

一般是用来改善无机填料在聚合物基体中的分散状态,提高填充聚合物材料的力学性能和使用性能。常用的有硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂以及复合偶联剂。目前的超分散剂,其实也是这种概念。

③成核剂:核剂是适用于聚乙烯、聚丙烯等不完全结晶塑料,通过改变树脂的结晶行为,加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化,达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能的功能助剂。

④防雾剂:透明的塑料薄膜、片材或板材,在潮湿环境中,当湿度达到露点以下时,会在其表面凝结一层细微水滴,使表面模糊雾化,阻碍了光波的透过,例如利用薄膜包装产品时,也会因结雾而看不见内装物,而且产生的雾滴还容易造成内装物的腐烂损坏。因此,为了提高产品的适用寿命,需要加入一定量的防雾剂。

防雾剂是一些带有亲水基的表面活性剂,可在塑料表面取向,疏水基向内,亲水基向外,从而使水易于湿润塑料表面,凝结的细水滴能迅速扩散形成极薄的水层或大水珠顺薄膜流下来。这样就可避免小水珠的光散射所造成的雾化,防止凝结的水滴洒落到被包装物上面,损害被包装物。

关键词:

塑料助剂,分类和作用

[责任编辑:龚文君]

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