塑料添加静电剂、增强、着色汇编

1、*1 第六章发泡剂 1.目的：发泡剂是能使塑料形成具有微孔结 构的泡沫体（泡沫塑料）的一类助剂。泡沫塑料 较固体聚合物密度小，省材料，并且有许多特出 的气固态相结合的有益性质，如隔热、隔音、消 震；高分散的密闭气孔增大了材料的浮力，使泡 沫塑料适用于救生材料、浮球等水上制品。 *2 v 2、发泡剂的分类 制造泡沫塑料方法：物理发泡、化学发泡、机械 发泡、反应发泡、嵌入空心即泡孔材料或加入易溶出 物。 物理发泡是指发泡剂在发泡过程中，本身通过物理状 态的变化来达到发泡的目的，形成泡沫细孔的一类化 合物。如低沸点挥发性液体戊烷等在一定温度下，由 于受热而在熔融塑料内部汽化，产生大量气体而使塑 料膨胀，产生气孔。又如将压缩的气体注入到挤出机 料筒中，与熔融塑料在高压下混合在一起，而当熔融 物料在模具出口处，由于压力降低时，体积膨胀产生 气孔。 化学发泡剂在一定的温度下，会分解而产生一种或多 种气体，从而使塑料膨胀形成泡沫体。 *3 3.1物理发泡剂。常用的物理发泡剂 有丁烷、戊烷、二氯甲烷、氟氯烷（氟里 昂11）氟里昂13、氟里昂113）等。丁烷 、戊烷沸点低，发气量大，常用于聚苯乙 烯、聚

2、烯烃等的物理发泡。氟里昂发泡剂 对树脂基体扩散系数小，加之氟里昂气体 的绝热性好，常用于硬质聚氨酯泡沫塑料 ，用作保温材料。但是，由于氟里昂对地 球臭氧层的破坏作用，从环保角度看，必 将要被取代。 v 3.发泡剂常见品种 3.2化学发泡剂。常用的品种有偶氮二甲酰胺 （AC）、偶氮二甲酸钡（BaAC）、偶氮二异 丙酯（DIPA）、4,4. 氧代双苯磺酰肼 （OBSH）。OBSH 为低温发泡剂，分解温度 为140-160 ，适用于低温加工场合，可用于 厚制品； DIPA 、 OBSH为高温发泡剂，分 解温度为240-250 ，适用于高温加工场合， 用于聚丙烯、聚酰胺等的发泡。AC 则是中温 发泡剂（空气中分解温度为195-210 ），是 塑料中用途最为广泛、最重要的化学发泡剂。*4 *5 v1、静电及其危害 v塑料良好的电绝缘性扩大了其应用范围，但在 某些场合，却又表现出其不利的一面。塑料的高 电阻率及低的吸水性场合，使其在受摩擦时容易 引起静电荷的积累。静电积累会带来一系列的危 害：制品易吸附尘埃，影响制品的透明性、表面 洁净及美观；生产过程中，静电压过高会影响正 常操作；在某些使用场合

3、，高压静电放电会引燃 引爆，或产生电磁干扰，诱发意想不到的事故。 因此，随着塑料的应用领域进一步扩大，人们越 来越注重塑料的抗静电问题。 v 第七章 抗静电剂 *6 v2、抗静电剂及其作用 v抗静电剂是指添加于塑料中或涂敷于其制品表 面，能够降低表面电阻，适度增加导电性，从而 防止制品上积累电荷的物质。 v抗静电剂主要是一些特殊品种的表面活性剂， 其分子结构可看成是由亲油基、亲水基和连接基 三部分构成。按亲水基的性质，可分为阳离子型 、阴离子型、两性离子型和非离子型抗静电剂。 按使用方式，抗静电剂可分为外部（涂敷）抗静 电剂和内部（添加）抗静电剂。 *7 抗静 电剂 分类 3.抗静电剂常见品种 外涂型 添加型 导电填料 表面喷涂导电涂料 析出到表面 炭黑、石墨、碳纳米管 、金属丝或粉 *8 v1.各种碳黑（如乙炔法、炉法、槽法）、碳纤 维、天然或人造石墨、金属粉末、金属粉末、 金属涂层玻璃珠、金属氧化物粉末、金属纤维 、度锑的氧化锡、度锑和氧化锡的二氧化钛、 银包复的玻璃丝、银包复的玻璃箔、铜包复的 石墨纤维、不锈钢纤维、镍纤维、镍包复碳纤 维、铝纤维、银或铝或铜包复的陶瓷微珠、铜 或

4、不锈钢或铝包复的云母、锌锡合金、锌铝合 金、铝箔等。 v2.阳粒子型抗静电剂有：四烷基铵盐、三烷基 铵盐等。 v 3.抗静电剂常见品种 3.阴离子型抗静电剂有：烷基磺酸盐、烷基苯磺 酸盐、烷基硫酸酯、磷酸烷基酯等。 4.两性离子型抗静电剂有：烷基甜菜碱、咪唑磷 两性电解质。 5.非离子型抗静电剂：聚氧化乙烯烷基胺或者其 酯类、甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、 聚氧化乙烯脂肪乙醚、聚氧化乙烯烷基苯醚、 聚乙二醇酯脂肪酸酯。 6.其他还有高分子型抗静电剂：如乙二胺的环氧 乙烷环氧丙烷加成物、辛烷基苯乙烯和苯乙烯 磺酸共聚型聚皂等。 *9 *10 v 1. 减轻摩擦，减少静电荷产生。抗静电剂能增 加制品表面的平滑性，增加摩擦体间隙之间的 介电常数，相应减少电荷的产生。 v 2. 提高塑料制品表面的吸湿性，从而使静电荷 尽快泄漏，防止静电荷的积累。 v 3.降低表面电阻率，有利于静电荷的传导。表 面活性剂结构类型的抗静电剂，通常能使制品 表面电阻率降至109，如果要求制品达到更 低表面电阻率，最好采用添加导电填料的方式 。导电填料实际上可看成是永久性的防静电材 料，不过它不适用于透明制品。

5、v4.抗静电剂发挥作用的途径 *11 1、增强剂 v是指能显显著提高塑料力学强度的填充剂剂，主要是纤维纤维 状物质质，如玻璃纤维纤维 、碳纤维纤维 、石墨纤维纤维 、芳纶纤维纶纤维 、 晶须须等，其中玻璃纤维纤维 用量约约占2/3。 v碳纤维由有机纤维在高温下和惰性气体保护下烧制而成 。所用的有机纤维可以是粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、木质 素、 聚乙烯醇等。原料纤维在烧制温度达到1 千多度高温 时，就已全部成为碳元素组成的纤维，其导电性可接近金 属，强度和拉伸弹性模量也大大提高。 v作为高强度、高弹性模量的增强型填料，碳纤维已实用 于宇航领域的热固性增强材料，如火箭喷管的磨蚀材料。 利用碳纤维的优良导电性和导热性，在热塑性塑料中使用 碳纤维也具有良好的换热和抗静电效果。 v第八章增强剂 、着色剂 *12 玻璃纤维顾名思义是用玻璃制成的纤维。玻璃是 一种非晶体，受热时可由固态逐渐软化、熔融，并具 有一定的流动性，此时将其拉成丝。就可以制成玻璃 纤维。通常用于塑料增强改性的玻纤的直径为6-15m ， 属于高中级玻纤，其拉伸强度在(1000-3000）MPa。 按玻璃成分可分为有碱玻纤和无碱玻纤

6、，前者主要成 分为钙钠硅酸盐，后者主要成分为铝硼硅酸盐。 v 有碱玻璃纤维来源广、成本低、耐酸性好，但易与 水发生水解，析出的碱又会与空气中的CO2起作用， 发生所谓的“风化”现象。有碱玻纤的力学强度比无 碱的低8-10%，且耐水性和电绝缘性都比较差。有碱 玻纤又分为中碱玻纤（用C代表）和高碱玻纤（用A 玻璃纤维 *13 v 代表，前者碱金属氧化物含量为8-12%，可以用来制 作要求不太高的增强塑料；后者碱金属氧化物含量为 14-15%，此种玻纤一般不用于增强塑料。 v 无碱玻璃纤维（用E 表示），其碱金属氧化物含量 1%，具有优良的化学稳定性、电绝缘性和力学性 能，但价格较高。 v 使用玻璃纤维可使填充塑料具有高拉伸强度、弯曲强 度和弹性模量，同时还可以提高热变形温度、尺寸稳 定性、克服冷流性等，但由于玻纤的长径比高，在模 塑制品成型时往往会使纤维沿长度方向取向，造成各 向异性，这是需要在使用时特别加以注意的。 玻璃纤维 *14 加入到塑料中的着色剂，可以具有如下功能： 1） 美化产品，使制品光彩夺目，提高制品的商品价值 。 2）赋予制品某种特殊功能，例如可作为辩认标志，或起 隐蔽伪

7、装作用，或善制品的某些性能。例如可改善光 学性能、耐候性等。 3. 着色剂的分类 着色剂可分为两大类，即染料和颜料 3.1染料：染色能力特强，透明性极好（分子形式分散） ，但不耐高温，适合于塑料的品种太少。如还原桃红 、分散橙等。 3.2颜料：包括有机颜料和无机颜料 3、着色剂 *15 有机颜料：色泽鲜艳，着色力强、透明性 好，耐热、光性不如无机颜料。 常用品种有偶氮颜料、酞青颜料和杂环颜 料。 无机颜料：其耐热、光稳定性一般较有机 颜料好，而且价廉，但色彩鲜艳程度差 ，着色力低，在透明制品中不能使用。 主要品种有：铬颜料、镉颜料、铁氧颜料 、钛白颜料、碳黑颜料等。 *16 v着色剂配制方法、使用注意事项 v4.配制方法 v常用三种形式：即粉、色母料（50200倍）、色 浆 用量一般在0.012% v5. 使用注意事项 v5.1加工温度下不变色，不分解。例如PVC 165195可选用颜色品种较多，PC、PA 为250 以上，可选用品种极少。 v5.2软质PVC，不能使用染料做着色剂。因为不 稳定 ，易与增塑剂结合，出现迁移。 v5.3PVC不能使用镉红和群青，因二者与HCl反应 。 *

8、17 具有两性结构的表面活性剂，其一部分基团与高聚物 亲和，另一部分与填料亲和。如硅烷和钛酸酯等。 硅烷用于玻璃纤维和含硅原子的各种填充剂和增强剂 。钛酸酯则用于无硅物料，如炭黑、金属氧化物、碳酸 钙及颜料等。 在复合材料中连续的聚合物基体是通过两种组分的 界面把所施加的应力传递给增强用的不连续相。如果有 水存在，这种界面结合和往往会减弱，但是，如果使用 偶联剂，就可保持很强的界面健。钛酸酯偶联剂与固体 表面的反应如下： v1 偶联剂 *18 v这样，钛酸-烷基酯在填充剂表面形成一层氧化钛单 分子层，从而降低了表面能，使填充聚合物的粘度下降 ，并提高生产效率。 v2、偶联剂作用机理 *19 2.1化学键合理论 该理论认为偶联剂分子中含有一种化学官能团，能与 玻璃纤维表面的硅醇基团或其他无机填料表面的分子 作用形成共价键;此外，偶联剂还含有至少一种别的不 同的官能团可与聚合物分子键合，以获得良好的界面 结合，偶联剂就起着在无机相与有机相之间相互连接 的桥梁似的作用。 下面以硅烷偶联剂，通式以(YR) n SiX4- n表示(n=1, 2)为例来说明化学键理论。例如氨丙基三乙基硅烷 NH2

9、CH2CH2S i (OC2H5) 3，当用它处理无机填料时(如 玻璃纤维等)，硅烷首先水解变成硅醇，接着硅醇基与 无机填料发生脱水反应，进行化学键连接，反应式如 下: v2偶联剂作用理论解释 *20 2.2浸润效应和表面能理论 1963年，Zisman在回顾与粘合有关的表面化学 和表面能的己知方面内容时， 曾得出结论，在复合材料的制造中，液态树脂对 被粘物的良好浸润是头等重要的， 如果能获得的完全的浸润，那么树脂对高能表面 的物理吸附将提供高于有机树脂的内聚强度的粘 接强度 v2偶联剂作用理论解释 *21 v2偶联剂作用理论解释 2.3可变形层理论 为了缓和复合材料冷却时由于树脂和填料之间热收缩 率的不同而产生的界面应力，就希望与处理过的无机 物邻接的树脂界面是一个柔曲性的可变形相，这样复 合材料的韧性最大。偶联剂处理过的无机物可能会优 先吸收树脂中的某一配合剂，相间区域的不均衡固化 ，可能导致一个比偶联剂在聚合物与填料之间的多分 子层厚得多的挠性树脂层，这一层就被称为可变形层 。该层能松弛界面应力，阻止界面裂缝的扩展，因而 改善了界面的结合强度，提高了复合材料的机械性能 。 *22 v2.4约束层理论 v 与可变形层理论相对，约束层理论认为在无 机填料区域内的树脂应具有介于无机填料和基质 树脂之间的模量，而偶联剂的功能就在于将聚合 物结构“紧束”在相间区域内。从增强后的复合材 料的性能来看，要获得最大的粘接力和耐水解性 能，需要在界面处有一约束层。 。 v2偶联剂作用理论解释 *23 v偶联剂的种类繁多，主要有硅烷偶联剂、钛酸酯 偶联剂、铝酸酯偶联剂、有机铬类、铝锆偶联剂、 磷酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂、铬络合物及其它高 级脂肪酸、醇、酯的偶联剂等，目前应用范围最广 的是硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂 。 3.1硅烷偶联剂 v硅烷偶联剂可用于多种无机填充剂，其中在含硅 酸成分多的玻璃纤维、石英粉及白炭黑中效果最好 ，在陶土和水合氧化铝中次之，对不含游离水的碳 酸钙效果欠佳。 v3、偶联剂品种 *24 3.2钛酸酷偶联剂 碳酸钙在橡胶、塑料工业中是一种很重要 的填料。通过钛酸酯偶联剂对其改性，可大大增 强碳酸钙的用量，提高其对橡胶的补强作用。钛 酸酯偶联剂还大量用于其它无机填料的表面改性 中L引，特别是在磁性复合材料和磁性记录材料 方

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