-塑料材料的常用助剂

第五章 塑料材料的常用助剂讲授内容 助剂介绍助剂介绍5-1 5-1 抗老化剂抗老化剂 5-8 5-8 偶联剂偶联剂5-2 5-2 热稳定剂热稳定剂 5-9 5-9 增韧剂增韧剂5-3 5-3 光稳定剂光稳定剂 5-10 5-10 阻燃剂阻燃剂5-4 5-4 增塑剂增塑剂 5-11 5-11 发泡剂发泡剂5-5 5-5 润滑及开口剂润滑及开口剂 5-12 5-12 增容剂增容剂5-6 5-6 脱模剂脱模剂 5-13 5-13 填料填料5-7 5-7 抗静电剂抗静电剂 5-14 5-14 其它助剂其它助剂助剂介绍塑料助剂（也称作塑料添加剂）塑料助剂（也称作塑料添加剂）是塑料材料加是塑料材料加工过程中出于各种不同目的，如改进加工性能或使用性能，工过程中出于各种不同目的，如改进加工性能或使用性能，或降低成本等等加入的一些有机或无机物，绝大多数塑料或降低成本等等加入的一些有机或无机物，绝大多数塑料中都加有助剂。中都加有助剂。塑料助剂可以分为塑料助剂可以分为“合成助剂合成助剂”和和“加工助剂加工助剂”两大体系。两大体系。合成助剂是指由单体制备聚合物树脂过程所涉及合成助剂是指由单体制备聚合物树脂过程所涉及的各种辅助化学品，如阻聚剂、引发剂、分子量调节的各种辅助化学品，如阻聚剂、引发剂、分子量调节剂、终止剂、乳化剂、分散剂和防粘釜剂等。它们旨剂、终止剂、乳化剂、分散剂和防粘釜剂等。它们旨在改善聚合条件、调节分子量的大小和分布，与聚合在改善聚合条件、调节分子量的大小和分布，与聚合工艺密切相关，一般不会带入聚合物树脂及其塑料制工艺密切相关，一般不会带入聚合物树脂及其塑料制品中，此类助剂习惯上归在树脂的合成工艺中讨论。品中，此类助剂习惯上归在树脂的合成工艺中讨论。现代塑料助剂的概念基本框定在加工助剂方面。现代塑料助剂的概念基本框定在加工助剂方面。表表1 1 助剂的类型及改性功能助剂的类型及改性功能塑料助剂选用原则一、助剂对改善性能所起的效果大小一、助剂对改善性能所起的效果大小 助剂效果大小与它同树脂的相溶性和挥发性有关。助剂效果大小与它同树脂的相溶性和挥发性有关。助剂与树脂的相溶性好，助剂分布均匀，两种分助剂与树脂的相溶性好，助剂分布均匀，两种分子间存在一定的作用力，助剂分子难以向塑料表面子间存在一定的作用力，助剂分子难以向塑料表面迁移，作用可持久。对液状助剂和增塑剂希望是高迁移，作用可持久。对液状助剂和增塑剂希望是高沸点的，这样才不会在该种塑料加工温度下大量挥沸点的，这样才不会在该种塑料加工温度下大量挥发，容易保持增塑作用。发，容易保持增塑作用。二、卫生性二、卫生性 塑料制品总要与人接触，特别是那些食品包装对塑料制品总要与人接触，特别是那些食品包装对人的健康更有密切关系，因此必须要符合卫生要求。人的健康更有密切关系，因此必须要符合卫生要求。各类铅盐对聚氯乙烯是高效的热稳定剂，但是无各类铅盐对聚氯乙烯是高效的热稳定剂，但是无论在加工操作时还是制成聚氯乙烯塑料制品后的缓论在加工操作时还是制成聚氯乙烯塑料制品后的缓慢迁出都对所接触的人体有害，所以逐渐为其它无慢迁出都对所接触的人体有害，所以逐渐为其它无毒或低毒的钡、锌盐类所代替。毒或低毒的钡、锌盐类所代替。三、注意助剂之间存在的三、注意助剂之间存在的“协同协同”或或“对抗对抗”作用作用所谓所谓“协同作用协同作用”是指两种助剂配合使用后比单独用时是指两种助剂配合使用后比单独用时的效果大，而的效果大，而对抗作用对抗作用”恰为相反。恰为相反。受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂分别单独用时的抗受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂分别单独用时的抗氧效果不如它们并用时的效果，这就是明显的协同作用。氧效果不如它们并用时的效果，这就是明显的协同作用。铜、锰、钴、铁、镍等变价的过渡金属促进聚烯烃在氧铜、锰、钴、铁、镍等变价的过渡金属促进聚烯烃在氧化过程中生成氢过氧化物、加速分解生成自由基的作用，因化过程中生成氢过氧化物、加速分解生成自由基的作用，因此不仅不能抗氧化反而起助氧化效果，故在聚烯轻配方中不此不仅不能抗氧化反而起助氧化效果，故在聚烯轻配方中不能添加含这类金属离子的颜料作为着色剂。能添加含这类金属离子的颜料作为着色剂。四、塑料助剂的加入有助于某一性能，但也会存在有四、塑料助剂的加入有助于某一性能，但也会存在有损于另一性能的情况。损于另一性能的情况。树脂中添加一些无机填料后能提高刚性和强度，树脂中添加一些无机填料后能提高刚性和强度，但降低了它的电绝缘性能。炭黑是廉价有效的紫外但降低了它的电绝缘性能。炭黑是廉价有效的紫外线吸收剂和抗氧剂，同时还有抗静电作用，但是即线吸收剂和抗氧剂，同时还有抗静电作用，但是即使它的加入量极少也只能得到失去了透明性的黑色使它的加入量极少也只能得到失去了透明性的黑色的塑料制品。的塑料制品。五、如何把塑料助剂均匀地加入树脂中，也是一个重要的问题。五、如何把塑料助剂均匀地加入树脂中，也是一个重要的问题。普遍采用把粉粒状或液状的塑料助剂，用机械方法分散普遍采用把粉粒状或液状的塑料助剂，用机械方法分散混合于树脂之中。机械混和的办法有混合、捏和、密炼、辊混合于树脂之中。机械混和的办法有混合、捏和、密炼、辊炼、挤出等方法。粉状树脂中需加液状助剂时通常采用捏和炼、挤出等方法。粉状树脂中需加液状助剂时通常采用捏和机与密炼机将各组分多次的翻滚，互相渗透，使其分布均匀。机与密炼机将各组分多次的翻滚，互相渗透，使其分布均匀。树脂和助剂都是粉状物时常常将秤量后的各组分加入球树脂和助剂都是粉状物时常常将秤量后的各组分加入球磨机内，先初步混匀，再把它们加在二辊混炼机上反复混炼，磨机内，先初步混匀，再把它们加在二辊混炼机上反复混炼，然后拉片切粒或者通过挤出机然后拉片切粒或者通过挤出机(最好是双螺杆挤出机最好是双螺杆挤出机)的塑化的塑化造粒使均匀混和。造粒使均匀混和。5.1抗老化剂抗老化剂 树脂、塑料及复合材料在成型加工、贮存和树脂、塑料及复合材料在成型加工、贮存和使用过程中不可避免地要与氧气及光接触，再加使用过程中不可避免地要与氧气及光接触，再加上温度的变化，导致它们上温度的变化，导致它们在外观、结构和性能上在外观、结构和性能上发生变化，也即发生变化，也即老化老化。ThermooxidativeThermal degradation under influence of oxygen is significantly accelerated(radical)ThermalThrough heat exposure While drying(extended,too highTemp)Use TemperatureMechanicalThrough granulation process,shear in flow,Ultrasonic lead to MaterialdegradationMechanical StressInhomogen distibution of stresses through tensile/torsison/bending forces break moleculesPhotochemicalAbsorbtion of light influences energy of molecules-lead less energy to split up f(Energy)RadiationX-Rays,Gammas raysWill lead to split of Unsaturated conectionos,build radicalsChemicals Water,Acids/Basis/Organic mediaAttac through wetting,swelling,Dissolving of additives,chemical reactions on surfaceAnti AgeingLight protection(UV Ageing,Gamma),Antioxidants,HeatstabilizersCan slow down ageingLife Time TestingLife time of part?Reasonable accelerated testingOn part necessary for evaluation AgeingAccelerated and comparable UV Ageing(Xenon Radiatioin),Hydrolitic testing,Chemical testing)On test speciment(tensile bars,plaques)?Material Ageing:Irreversibel chemical and physical processesthrough degradation of the polymerchain,crosslinking reactions and uncontrolable changes of the chemical structurewith loss of mechanical propeties,FR properties,color,gloss,brittleness,chemical resistanceFactors amplify each other!Material ageing:Example Plastics老化原因：老化原因：内因内因（1）结构或组分内部具有易引起老化的弱点结构或组分内部具有易引起老化的弱点 聚乙烯比聚四氟乙烯容易老化，因为聚乙烯比聚四氟乙烯容易老化，因为CFCF键的键能（键的键能（119119千克千克/克克.分子）比分子）比CHCH键的键能（键的键能（9999千克千克/克克.分子）大。分子）大。聚丙烯不如聚乙烯耐老化，这是因为聚丙烯的碳链上有聚丙烯不如聚乙烯耐老化，这是因为聚丙烯的碳链上有甲基甲基。聚酯纤维中的聚酯纤维中的酯基酯基容易水解。容易水解。二烯烃聚合的橡胶中含二烯烃聚合的橡胶中含C=CC=C双键双键，易热氧老化、光氧老化、，易热氧老化、光氧老化、臭氧老化。臭氧老化。PVCPVC引发剂残基引发剂残基存在，存在，8080时，残基分解，脱出时，残基分解，脱出HCLHCL，形，形成共轭双键。成共轭双键。HDPE HDPE比比LDPELDPE稳定性好。稳定性好。ABS ABS当中，当中，B B成分成分减少，稳定性增加。减少，稳定性增加。（2 2）塑料当中的微量杂质）塑料当中的微量杂质 聚合物催化剂的残余物、未反应完的微量单体、聚合物催化剂的残余物、未反应完的微量单体、反应的副产物、塑料制造过程中与设备接触形成的反应的副产物、塑料制造过程中与设备接触形成的杂质。如杂质。如FeFe、CuCu、MnMn等，加速等，加速PPPP氧化降解。氧化降解。（3 3）塑料中其它添加剂）塑料中其它添加剂 PE PE中加入炭黑和防老剂中加入炭黑和防老剂H H（N N，N-N-二苯基对苯二二苯基对苯二胺）具有对抗作用。胺）具有对抗作用。引起上述变化的外界因素以引起上述变化的外界因素以氧、光、热氧、光、热三个因素三个因素最为重要。这三种因素造成高分子材料的自动氧化最为重要。这三种因素造成高分子材料的自动氧化反应和热分解反应，使高分子聚合物降解产生一系反应和热分解反应，使高分子聚合物降解产生一系列变化。列变化。（一）光（一）光 只有波长在只有波长在2952953000nm3000nm之间的太阳辐射到达地之间的太阳辐射到达地球表面。球表面。人们把日光光谱分为三部分：紫外光人们把日光光谱分为三部分：紫外光（UVUV）、可见光（）、可见光（VISVIS）和红外光（）和红外光（IRIR）。波长在）。波长在295295400 nm400 nm的紫外光的能量占日光辐射总能量的的紫外光的能量占日光辐射总能量的4 47%7%。如果材料所吸收辐射的能量大于材料分子中化学如果材料所吸收辐射的能量大于材料分子中化学键的能量，化学键就会破坏而产生降解。键的能