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巧用塑料助劑提升塑料材料性能

塑料助劑可以從廣義和狹義兩個方面解釋。廣義的塑料助劑是指在塑料制品加工成型過程中,所有添加在樹脂基體中,可用于降低制品成本、改善或賦予制品某項使用性能,或者是改善塑料制品的加工性,都可稱為塑料助劑。包括有機、無機、小分子和大分子。狹義的塑料助劑又稱為塑料添加劑,特指可以改善塑料加工性能或者是改善或賦予制品某項性能的化工原料。如潤滑劑、抗氧劑和阻燃劑等。在這里主要給大家介紹廣義上的塑料助劑。


塑料填料,可根據添加時的用途可以分為三類:


降低成本類


可分為有機填料和無機填料。常用的無機填料有CaCO3、滑石粉、硅灰石、BaSO4、高嶺土、元明粉、玻璃微珠等。常用的有機類填料主要為木粉、竹粉、果殼粉、貝殼粉及棉、麻和稻農副產品的粉末等。這類填料是塑料助劑中應用最廣泛,消耗量最大的一類。除降低成本外,還可以改善制品的某些性能。如,無機類填充普遍可以改善塑料制品的剛性、耐熱性(無機填料)、尺寸穩定性、降低成型收縮率及抗蠕變性等。有機類填充可補強、降低成型收縮率及提高尺寸穩定性等,但是耐熱性較差。



增強類填料



最常用的增強類填料有兩種:纖維類和晶須類。主要有:無機類(如玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、晶須、石英纖維及陶瓷纖維等);有機類(如PA纖維、芳綸纖維、聚酯纖維、超高分子量聚乙烯纖維等)。這類填料是塑料最主要的增強材料,用量可占整個增強材料的90%以上。目前塑料增強改性中最為常用的是玻纖和碳纖,特別是在汽車輕量化方面,研究應用較多。晶須多用于補強作用,常見的有CaCO3晶須和CaSO4晶須。



增韌類填料


塑料的韌性常用其沖擊強度值大小來表示。沖擊強度是指試樣受沖擊破壞斷裂時,單位面積上所消耗的功。它用于評價材料抵抗外界沖擊的能力或判斷材料的脆性或韌性程度。沖擊強度越高,其韌性越好;反之,其脆性越大。增韌填料主要有橡膠和熱塑性彈性體兩類。高抗沖橡膠主要有:乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈膠(NBR)、丁苯膠、天然膠、順丁膠、氯丁膠、聚異丁烯及丁二烯膠等。熱塑性彈性體有:乙烯-辛烯共聚物(POE)、SBS和SEBS等。這類填料在增韌的同時,會降低制品的強度和剛性。所以,現在較為流行的方法是和剛性的無機納米粉體共同添加到樹脂基體中,進行共混增韌改性。


塑料加工類助劑,根究用途可以分為三類:


潤滑劑


潤滑劑的作用是降低物料之間及物料和加工設備表面的摩擦力,從而降低熔 體  的流動阻力,降低熔體粘度,提高熔體的流動性,避免熔體與設備的粘附,提高制品表面的光潔度等。潤滑劑按作用可分為內潤滑劑和外潤滑劑。實質也就是我們通常說的增塑劑和脫模劑。只是在不同樹脂中叫法不一樣,如增塑劑通常是在pvc樹脂加工中應用較多,實質也是其內潤滑的作用。內、外潤滑劑的區分主要依其與樹脂的相容性大小。內潤滑劑與樹脂親和力大,其作用是降低大分子間的作用力;外潤滑劑與樹脂的親和力小,其作用是降低樹脂與加工機械之間的摩擦。常用的潤滑劑有飽和烴類(固體石蠟、液體石蠟、微晶石蠟和低分子量聚乙烯等)、金屬皂類(硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等)、脂肪族酰胺(EBS、油酸酰胺等)、脂肪酸類(硬脂酸、羥基硬脂酸)、脂肪酸酯類(PETS、單硬脂酸甘油酯、多硬脂酸甘油酯等)及脂肪醇類(硬脂醇、季戊四醇等)。



熱穩定劑


塑料在加工成型過程中,會因加熱、摩擦或剪切等產生熱量,或因塑料制品在使用過程中受熱而發生性能變壞。為了防止塑料受熱發生降解老化,需要添加一種使塑料在受熱時不會引起分解和變化的物質,這種物質就叫做熱穩定劑。主要用于PVC樹脂的加工。純PVC樹脂對熱極為敏感,當加熱溫度達到90℃以上時,就會發生輕微的熱分解;當溫度達到120℃后,即發生明顯的熱分解,使PVC樹脂顏色逐漸加深。PVC的熱降解機理十分復雜,但PVC的熱分解反應的實質是由于脫HCl反應引起的一系列反應,最后導致大分子斷裂。常用熱穩定劑品種:鉛鹽類熱穩定劑(三鹽基硫酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛、二鹽基硬脂酸鉛、堿式碳酸鉛等);金屬皂類熱穩定劑(硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等);有機錫類熱穩定劑(含硫有機錫類、有機錫羧酸鹽等);稀土熱穩定劑。



發泡劑


所謂發泡劑就是使對象物質成孔的物質,它可分為化學發泡劑和物理發泡劑和表面活性劑三大類。化學發泡劑是那些經加熱分解后能釋放出二CO2和N2等氣體,并在聚合物組成中形成細孔的化合物;物理發泡劑就是泡沫細孔是通過某一種物質的物理形態的變化,即通過壓縮氣體的膨脹、液體的揮發或固體的溶解而形成的;發泡劑均具有較高的表面活性,能有效降低液體的表面張力,并在液膜表面雙電子層排列而包圍空氣,形成氣泡,再由單個氣泡組成泡沫。


其他性能助劑有:


防老化類助劑
是指抑制塑料制品在貯存、運輸和使用過程中,因外界因素(光、熱、氧等,非機械因素)的作用下,大分子鏈降解,降低或喪失力學性能的過程。具有抑制高聚物分子鏈斷裂,延長塑料制品使用性能的物質,統稱為防老劑。包括:光/熱穩定劑、抗氧劑、抗UV穩定劑和抗水解劑。




光穩定劑/抗氧劑


塑料通常在光照,氧氣及熱的作用下會快速發生老化,從而導致:強度、剛度及韌性的下降;變色;出現劃痕,表面光澤下降。影響塑料制品的使用性能。需要加入光穩定劑和抗氧劑抑制分子鏈的斷裂,延長制品的使用性能。

常用的抗氧劑有1010、168、1076,復合的有B215、B225等。光穩定劑有770、622、944和783等。常用的抗UV穩定劑有UV―531、UV―326和UV―327。



抗水解劑


在潮濕、溫暖的環境下,水分子會破壞聚合物的大分子鏈,導致某些聚合物降解甚至失去任何性能的現象稱為“水解”。聚烴類對水分比較穩定,浸在水溶液中到達平衡時含水量也很少。但是尼龍(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚酯(PET、PBT)等通過縮聚反應生成的聚合物,含有大量的酰胺基、酯基、脲基、縮二脲基、氨基甲酸酯基等高極性基團。它們在含水量不多和室溫的條件下,吸入的水分與極性基團形成氫鍵,削弱了聚合物中自身分子之間的氫鍵,因而使聚合物的物理機械性能下降。這種作用是可逆的,當水分去除后,性能可以得到恢復。然而在溫度較高和相對濕度較大時,水與聚合物分子鏈的極性基團發生反應而引起降解。為了有效地防止某些聚合物水解的產生,通常是向材料中加入水解穩定劑,也稱為抗水解劑。水解穩定劑的加入能有效地捕捉聚合物水解產生的羧基,生成穩定無害的產物(如酰脲衍生物),從而阻止聚合物進一步水解。水解穩定劑的品種較多,一般包括單(多)碳化二亞胺、噁唑啉類化合物、環氧化合物以及其他能終止水解的物質。

衛生、安全性助劑:塑料制品最大的缺陷就是易燃,并且在燃燒的過程中會產生融滴,引發次生火災。此外,塑料制品的導電性差,表面會堆積一層電荷,產生靜電吸引,使制品表面吸附大量的灰塵和細菌。所以,塑料制品一般需要加入阻燃劑、抗靜電劑和抗菌劑。保證塑料制品在使用過程的衛生、安全性。



阻燃劑


阻燃劑是一類能夠阻止塑料引燃或抑制火焰傳播的助劑。高效安全的阻燃劑一般可以同時起到阻燃、抑煙、散熱、防滴落四個作用。根據其使用方法可分為添加型和反應型兩類。常用的阻燃劑分為四類:鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、無機阻燃劑和膨脹型阻燃劑。



 抗菌劑


抗菌劑指能夠在一定時間內,使某些微生物(細菌、真菌、酵母菌、藻類及病毒等)的生長或繁殖保持在必要水平以下的化學物質。抗菌劑的抗菌作用一般分為殺菌和抑菌作用。抗菌劑的濃度和作用時間對抗菌作用有很大的影響。銀、銅、汞等金屬離子、強氧化劑主要起殺菌作用,有機抗菌劑則主要表現為抑菌作用。同一抗菌劑,低濃度常表現抑菌,高濃度則為殺菌。



抗靜電劑


任何物體本身都帶有靜電荷,這種電荷可以是負電荷也可以是正電荷,靜電荷的聚集會使生活或者工業生產受到影響甚至危害,將聚集的有害電荷導引/消除使其不對生產/生活造成不便或危害的化學品稱為抗靜電劑。抗靜電劑一般都具有表面活性劑的特征,結構上極性基團和非極性基團兼而有之。常用的極性基團(即親水基)有:羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的陰離子,胺鹽、季銨鹽的陽離子,以及-OH、-O-等基團,常用的非極性基團(即親油基或疏水基)有:烷基、烷芳基等。從而形成了纖維工業常用的五種基本類型的ASA,即胺的衍生物,季銨鹽,硫酸酯、磷酸酯以及聚乙二醇的衍生物。



外觀使用性能


塑料制品在日常生活中,無處不在。它們形狀各異,色彩繽紛。各色各樣的塑料制品也給我們的生活帶了不一樣的色彩。這全都歸功于塑料著色劑。著色劑使塑料改變固有的吸收及反射光波的特性。它可以是有機或無機的,可以是天然的或合成的。顏料是不能溶于普通溶劑的著色劑,故要獲得理想的著色性能,需要用機械方法將顏料均勻分散于塑料中。無機顏料熱穩定性、光穩定性優良,價格低,但著色力相對差,相對密度大;有機顏料著色力高、色澤鮮艷、色譜齊全、相對密度小,缺點為耐熱性、耐候性和遮蓋力方面不如無機顏料。


其他性能助劑:除了上述這些助劑之外,塑料在加工成型過程中的助劑還有很多,如相容劑、偶聯劑、成核劑和防霧劑等。這些助劑,在塑料制品的使用性能方面都有著及其重要的作用。


相容劑


相容劑又稱增容劑,是指借助于分子間的鍵合力,促使不相容的兩種聚合物結合在一體,進而得到穩定的共混物的助劑。塑料合金和木塑產品中使用較多。

以abs為例,直接將兩種材料共混得到“ABS”一定不是你想要的,因為它的性能一塌糊涂。為什么會有這樣的差別呢?這就涉及到了高分子合金的關鍵技術——相容化技術。就ABS而言,大家可能知道他的生產方式是首先聚合得到的PB膠粉,然后以它為種子,另加丙烯腈和苯乙烯單體,接枝在PB膠粉上。這樣在PB膠粉的表面其實是PB-g-AS這種聚合物。而這種聚合物將兩種原本不相容的聚合物結合在一起,改善了原來體系的性能。相容劑一般是接枝聚合物。



偶聯劑


是一類具有兩性結構的物質,它們分子中的一部分基團可與無機表面的化學基團反應,形成化學鍵合;另一部分基團則有親有機物的性質,可與有機分子發生化學反應或產生較強的分子間作用,從而將兩種性質截然不同的材料牢固地結合起來。

一般是用來改善無機填料在聚合物基體中的分散狀態,提高填充聚合物材料的力學性能和使用性能。常用的有硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑以及復合偶聯劑。目前的超分散劑,其實也是這種概念。



成核劑


核劑是適用于聚乙烯、聚丙烯等不完全結晶塑料,通過改變樹脂的結晶行為,加快結晶速率、增加結晶密度和促使晶粒尺寸微細化,達到縮短成型周期、提高制品透明性、表面光澤、抗拉強度、剛性、熱變形溫度、抗沖擊性、抗蠕變性等物理機械性能的功能助劑。



防霧劑


透明的塑料薄膜、片材或板材,在潮濕環境中,當濕度達到露點以下時,會在其表面凝結一層細微水滴,使表面模糊霧化,阻礙了光波的透過,例如利用薄膜包裝產品時,也會因結霧而看不見內裝物,而且產生的霧滴還容易造成內裝物的腐爛損壞。因此,為了提高產品的適用壽命,需要加入一定量的防霧劑。防霧劑是一些帶有親水基的表面活性劑,可在塑料表面取向,疏水基向內,親水基向外,從而使水易于濕潤塑料表面,凝結的細水滴能迅速擴散形成極薄的水層或大水珠順薄膜流下來。這樣就可避免小水珠的光散射所造成的霧化,防止凝結的水滴灑落到被包裝物上面,損害被包裝物。


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