第三章塑料添加剂及成型物料的配制.ppt

第三章塑料添加剂及成型物料配制 2 l添加剂的功能 特性及用途2 2选用添加剂应注意的问题 1前言 塑料添加剂的目的 改善塑料的成型工艺性能 塑料制品的使用性能或降低成本 塑料添加剂的发展趋势 实现高效化和多功能化 研究的焦点 提高添加剂与树脂的相容性 实现添加剂的多功能化 高分子量化 长效化和微粒化等几个方面 在塑料配方确定以后 需将树脂和各种添加剂按一定顺序混合 2添加剂 2 l添加剂的功能 特性及用途通常用的塑料添加剂有十几类 从化学结构看 既有无机物 又有有机物 既有低分子物 又有高分子物 若按其作用和功能分类 2 1 1特性添加剂2 1 2稳定剂2 1 3加工添加剂等 2 1 l特性添加剂 特性添加剂的主要功能是赋予塑料制品某种特性 如柔韧性 阻燃性等 主要包括 增塑剂 填充剂 增强剂 偶联剂 着色剂 阻燃剂 抗静电剂 防雾剂 冲击改性剂降解剂等 增塑剂 增塑剂 使塑料固有的刚性甚至脆性变为具有挠曲性的添加剂增塑剂除具有可赋予塑料挠曲性的功能外 还可通过降低玻璃化温度 Tg 和增加内部润滑作用而降低加工温度 增塑剂的增塑机理 减弱聚合物高分子链间的作用力 使高分子链间的相对运动变得容易 因为增塑剂一般为低分子物质 易于流动 对高分子链间的相对运动也具有一定的润滑作用需要增塑的主要有PVC及其共聚物 纤维素等 约80 的增塑剂用于PVC使用最多的是邻苯二甲酸二辛酯 DOP 邻苯二甲酸二异辛酯 DIOP 2 填充剂 填充剂是加人塑料中的一种惰性材料 主要功能是增加容量 降低成本或改进某些性能 常用于PVC 聚烯烃和ABS等 填充剂的种类 碳酸钙 滑石粉 高岭土 硅灰石 云母 粉煤灰及木粉等 其中碳酸钙是塑料加工中使用最广泛的填充剂 它来源广泛 价格低廉 其表面存在大量凹凸微孔 具有很大的比表面积和吸附能力 用它作为塑料填充剂不但可降低制品成本 改善制品的蠕变性 还可提高制品的热变形温度及尺寸稳定性 填充剂的表面结构对填充效果有很大影响 为使填充剂与塑料材料有较好的亲和性 得到较好的填充效果 常对填充剂表面的物理和化学结构进行处理 对填充剂表面的物理结构处理的方法主要是机械粉碎和研磨 运用这种方法可以增加填充剂的凹凸度 比表面积 改善填充剂的微孔分布 从而增加填充剂与基体树脂的接触面 改善填充效果对填充剂表面的化学结构处理的方法主要是利用偶联剂在填充剂的表面形成一层分子膜 提高填充剂与树脂的亲和性 增加填充剂与树脂的粘接性 3 增强剂 能显著提高制品力学强度的填充剂称为增强剂 它是制造增强塑料的重要原料 增强剂绝大多数是高强度 纤维状的惰性物质 如玻璃纤维 碳纤维 石棉等 在增强剂中玻璃纤维用量最大 约占2 3 填充剂与增强剂的主要区别在于增强剂能大大提高塑料的拉伸强度和弯曲强度 而填充剂则不能 增强剂最早用于热固性树脂 现已广泛用于PBT 聚烯烃 尼龙等热塑性树脂的增强改性 在增强塑料中 存在连续相树脂基体和不连续相增强纤维 当增强材料受到力的作用时 树脂基体把所施加的力传递给增强纤维 增强塑料的性能 除与所用基体树脂有关外 在很大程度上还与增强剂的性能及基体树脂与增强剂的粘合程度有关增强塑料中的基体树脂对强度的贡献很小 强度的大小主要取决于增强纤维的强度及纤维与树脂的粘合程度 为改善增强效果 除选用高性能的增强纤维外 还要用偶联剂对其进行表面处理 以提高树脂与纤维的粘合程度 4 偶联剂 增加树脂与填充剂或增强剂界面结合力的物质称为偶联剂 偶联剂分子是一类多官能团物质 它的一端可与无机物表面的化学基团反应 形成强固的化学键合 另一端则有亲有机物的性质 可与有机物分子反应或物理缠绕 从而把两种性质不同的材料牢固结合起来 常用的偶联剂有硅烷类偶联剂和钛酸酯类偶联剂等 硅烷类偶联剂应用最广 5 着色剂 能赋予塑料颜色的物质称为着色剂 着色剂可分为颜料和染料两类 颜料是一种不溶的 以不连续的细小颗粒分散于树脂中而使之上色的着色剂 颜料分有机颜料和无机颜料两类 常用的无机颜料有二氧化钛 硫化锌 氧化铁 铬酸盐 炭黑等 典型的有机颜料有喹 kui 咩 mie 啶 ding 红 喹咩啶酮紫等 有机颜料比无机颜料难分散 不同的有机颜料有不同的光和热稳定性 染料则是溶解于树脂中的着色剂 它们是一类有机化合物 用染料着色的高聚物比用颜料着色的高聚物颜色鲜艳 牢固 透亮 但由于染料的光和热稳定性较差 塑料制品生产中较少使用 除非需要生产完全透明的制件 如汽车的尾灯等 6 阻燃剂 阻止或延缓塑料燃烧的物质叫阻燃剂 阻燃剂的阻燃机理 在可燃物上生成一层保护性的结焦 含磷化合物 隔绝氧气 在蒸汽相中 阻止自由基的生成 中断链式氧化反应 将含水化合物的水分释放到热源上 冷却燃烧反应 常用的阻燃剂三氧化二锑一般与氯化石蜡配合使用 适用于聚烯烃 聚苯乙烯和热固性塑料等 氢氧化铝不生烟 无毒 可用于多种热塑性 热固性塑料 十溴二苯醚适用于HIPS ABS等 磷酸三酯主要用于软质PVC和软质聚氨酯等 7 抗静电剂 用来降低塑料制品表面电阻 消除表面静电的添加剂叫抗静电剂 抗静电机理 抗静电剂具有吸湿性 可吸收大气中的水分在塑料制品表面形成一层薄的导电膜 使静电迅速消除 根据用法不同 抗静电剂有外用型和内用型两种 外用型可通过喷洒 擦涂 浸渍等方法将抗静电剂涂覆于塑料制品表面 它们见效快 但易被清洗 磨擦掉 只适合短期使用 内用型是将抗静电剂加人到塑料内部 使其均匀分散于整个聚合物中 成型后逐渐迁移到制品表面 形成抗静电层 具有长期的抗静电作用 抗静电剂可分为阳离子型 阴离子型和非离子型三种类型 8 防雾剂 防止塑料制品表面结雾的添加剂叫防雾剂 它们是一些带有亲水基的表面活性剂 可使凝结在塑料制品表面的小水滴迅速扩散分布成连续的极薄的透明水层 使光线透射均匀 提高透明度 根据使用方法 防雾剂可分为外涂型和内加型 外涂型可通过喷洒 浸清等方式在制品表面形成涂层 简单 经济 井能产生立竿见影的防雾效果 但防雾涂层易脱落 有效期短 内加型是把防雾剂在配料时加人树脂中 赋予塑料制品防雾效果 该办法较好 防雾剂不易损失 效能持久 但对结晶性较高的材料难以获得良好的防雾效果 防雾剂主要是多元醇与脂肪酸的酯化物 常用的多元醇是甘油 山梨糖醇及其酸酐等 常用的脂肪酸有油酸 棕榈 lv 酸 硬脂酸等 典型的防雾剂甘油单油酸酯具有良好的初期防雾性和低温防雾性 适用于食品包装薄膜 山梨糖醇酐单硬脂酸酯防雾效能持久 常用于农用薄膜 也可用于食品包装薄膜 9 冲击改性剂 可提高塑料冲击强度的添加剂称为冲击改性剂 冲击改性的原理 在龟裂发生初期及扩展之前 通过塑料变形来吸收冲击能 冲击改性剂通常是一些不同类型的弹性体和塑料 主要用于硬质PVC 在聚苯乙烯 聚丙烯 及一些工程塑料中也有应用 工业中常用的冲击改性剂有氯化聚乙烯 CPE ABS MBS EPDM POE EVA和SBS等 CPE主要用于PVC改性 其耐候性 阻燃性 与PVC的相容性及冲击改性效果都很好 但其含氯量对改性效果影响很大 ABS改性PVC可提高PVC的冲击性能 改善PVC的加工性能 但改性材料耐候性较差 不适于用作户外制品 MBS改性PVC具有较好的冲击韧性和透明性 常用于制作饮食用吹塑瓶 但MBS耐老化性差 EVA改性的PVC耐候性较好 其制品可用于户外 但制品透明度较差 拉伸强度降低较多 SBS EPDM POE主要用于改性HDPE PP等 不仅可大大提高材料的冲击韧性 还可改善低温冲击性能 l0 降解剂 可加速塑料制品在阳光或土壤中微生物作用下分解为低分子物的添加剂称为降解剂 工业上常用的降解剂有光降解剂和生物降解剂两种 光降解剂主要包括具有光增敏作用的化学添加剂和过渡金属络合物等 常用的有甲基乙烯酮 硬脂酸钙 硬脂酸铁及各种光降解母料等 光降解塑料的生产工艺相对较为成熟 如利用以色列Scott Gilead的专利技术 在PE或PP中添加具有稳定 增敏功能的Ni Fe金属络合物生产塑料薄膜 可以精确地控制塑料薄膜光降解反应的开始时间 在诱导期 2周一12个月 内 薄膜的力学强度不变 一旦诱导期结束 塑料就会迅速地自动加速发生不可逆降解反应 这一技术可用于农膜和各种包装材料 生物降解剂主要是一些淀粉类的添加剂 成本较低 但这种添加剂与PE类通用塑料的相容性较差 降低PE的拉伸强度 光泽度和透明度 在微生物作用下 仅其中的淀粉可被微生物分解 而塑料部分只是丧失其形状及降低其功能 为提高其降解性能需提高淀粉含量 降解剂的历史开发较短 目前主要开发方向是综合利用光降解和生物降解原理 以制成一种降解较快 又不损失其物理性能的产品 2 1 2稳定剂 稳定剂的主要功能是阻缓或停止塑料在物理的 如热 光 和化学的 氧 微生物 因素作用下的降解 主要有热稳定剂 光稳定剂 抗氧剂和抗微生物剂等 1 热稳定剂能延缓或避免由于热作用引起的塑料破坏和进一步降解的添加剂叫热稳定剂 由于PVC的加工温度与降解温度接近 在加工时极易发生降解 因此热稳定剂主要用于PVC 1 热稳定剂 常用的热稳定剂为铅盐类 金属皂类及有机锡类化合物 铅盐具有优良的热稳定性和电绝缘性 主要用于电线和电缆等电器产品 一般铅盐稳定剂都有毒性 不能用于食品包装材料或与人体接触较多的制品 金属皂类一般为脂肪酸金属盐 金属主要包括Ca Ba Zn Cd K Na等 这类稳定剂用量最大 主要用于软质PVC制品 其中锌和镉化合物因其能保持制品原来的颜色常用于透明制品 有机锡的显著优点是效率高 相容性好 不会损伤制品的透明性 可以单独使用 但只有辛基锡可用于食品包装 2 光稳定剂 抑制或减弱塑料光降解作用的添加剂 称作光稳定剂 太阳光中的紫外线对塑料的破坏作用最大 因为紫外线的能量比有些聚合物的自动氧化反应活化能和化学键的离解能高 足以破坏聚合物的化学键 引发自动氧化反应 造成老化降解 此外 聚合物中的杂质或发色团也能促使聚合物光氧化降解 光稳定剂主要用于聚烯烃 其次用于橡胶改性的聚苯乙烯 聚氯乙烯和聚氨酯等 根据光稳定剂的作用机理 可将其分为光屏蔽剂 紫外线吸收剂 碎灭剂和自由基捕获剂四类 3 抗氧剂 能够延缓或抑制氧化降解的物质称为抗氧剂 抗氧剂主要用于聚烯烃 ABS和抗冲聚苯乙烯 其次是PVC和弹性体 4 抗微生物剂 能抗御微生物对聚合物和添加剂侵蚀的物质称为抗微生物剂 大部分聚合物在不加添加剂的情况下不受微生物的侵蚀 但加入各种添加剂如增塑剂 润滑剂 某些热稳定剂等后 有可能滋生导致聚合物降解的微生物 软质PVC中通常含有大量的这类添加剂 是最常见的易受微生物侵蚀的聚合物 工业上应用的抗微生物剂只有很少几种 如用于汽车内装饰制品的N 三氯甲基硫代 酞酸亚胺等 2 1 3加工添加剂 使塑料易于成型或提高成型效率的添加剂称为加工添加剂 加工添加剂主要包括润滑剂 脱模剂和发泡剂 亦属于特性添加剂 等 1 润滑剂 脱模剂 能降低塑料熔体粘度或熔体与加工设备之间摩擦系数的添加剂称为润滑剂 按功能 润滑剂可分为内润滑剂和外润滑剂两大类 内润滑剂通过降低聚合物内部分子间的摩擦 降低成型加工中聚合物的熔体粘度并减少能量消耗 这类润滑剂通常与聚合物在化学性质上是相容的 外润滑剂的作用是减少聚合物与加工设备之间的摩擦或粘附 通常外润滑剂与聚合物不相容 脱模剂类似一种外润滑剂 大多数润滑剂用于硬PVC和ABS的注射 挤出等加工中 对于不透明的有色制品的挤出加工 石蜡和微晶石蜡都是很好的外润滑剂 硅油是一种很好的润滑剂 也是一种最常用的脱模剂 2 发泡剂 能产生气体使塑料制品产生泡孔或空隙的物质称为发泡剂 发泡剂可分为物理发泡剂和化学发泡剂两类 物理发泡剂有压缩气体 如氮气和二氧化碳 和挥发液体 如氟氯烃 气体发泡剂主要用于PVC 液体发泡剂主要用于聚氨酯 化学发泡剂是能在加工温度下迅速分解产生大量气体的固体化合物