静电剂增强着色.ppt

19 36 1 参考书 参考书 1 塑料原料与助剂科技出版社段予忠2 塑料工业石油化学出版社上海合成树脂研究所3 合成树脂及塑料手册化工部科技情报所4 橡胶塑料加工助剂化工出版社15 塑料加工技术应用手册机械出版社李祖德 19 36 2 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 19 36 3 2 发泡剂的分类 按生产中使塑料形成泡孔结构的过程 通常将发泡剂分成两类 即物理发泡剂和化学发泡剂 物理发泡剂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 化学发泡剂是一种热敏性化合物 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 19 36 4 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 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 3 发泡剂常见品种 19 36 5 1 静电及其危害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 回潮率低 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 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 2 抗静电剂及其作用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 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 第七章抗静电剂 19 36 6 1 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 铜或不锈钢或铝包复的云母 锌锡合金 锌铝合金 铝箔等 2 阳粒子型抗静电剂有 四烷基铵盐 三烷基铵盐等 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 3 抗静电剂常见品种 19 36 7 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 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 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 4 抗静电剂发挥作用的途径 19 36 8 1 增强剂是指能显著提高塑料力学强度的填充剂 主要是纤维状物质 如玻璃纤维 碳纤维 石墨纤维等 其中玻璃纤维用量约占2 3 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 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 第八章增强剂 着色剂 19 36 9 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 15 m 属于高中级玻纤 其拉伸强度在 1000 3000MPa 按玻璃成分可分为有碱玻纤和无碱玻纤 前者主要成分为钙钠硅酸盐 后者主要成分为铝硼硅酸盐 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 玻璃纤维 19 36 10 碱玻纤 用A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 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 使用玻璃纤维可使填充塑料具有高拉伸强度 挠曲强度和弹性模量 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 19 36 11 2 着色剂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 3 着色剂分类 19 36 12 着色剂配制方法 使用注意事项 4 配制方法常用三种形式 即粉 色母料 50 200倍 色浆用量一般在0 01 2 5 使用注意事项5 1加工温度下不变色 不分解 例如PVC165 195 可选用颜色品种较多 PC PA为250 以上 可选用品种极少 5 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 5 3PVC不能使用镉红和群青 因二者与HCl反应 19 36 13 是指能增强聚合物与填充剂或增强剂界面结合力的物质 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 1偶联剂 19 36 14 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 2 偶联剂作用机理 19 36 15 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 nSiX4 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NH2CH2CH2Si 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 2偶联剂作用理论解释 19 36 16 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 2偶联剂作用理论解释 19 36 17 2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 19 36 18 2 4约束层理论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 2偶联剂作用理论解释 19 36 19 偶联剂的种类繁多 主要有硅烷偶联剂 钛酸酷偶联剂 铝酸酷偶联剂 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 3 偶联剂品种 19 36 20 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面的应用 具有高填充性 耐热性 可提高磁性粒子与树脂的粘合性 弹性及磁性的稳定性 用于导电性复合材料或涂料中 通过利用铜粉作导电基质 可提高材料的分散性 耐湿性 致密性和导电性3 3有机铬偶联剂有机铬偶联剂即铬合物偶联剂 系由不饱和有机酸与三价铬原子形成的配位型金属络合物 有机铬偶联剂在玻璃纤维增强塑料中偶联效果较好 且成本较低 但其品种单调 适用范围即偶联效果均不及硅烷及钛酸酯偶联剂 其主要品种是甲基丙烯酸氯化铬络合物 它们一端含有活泼的不饱和基团 可与高聚物基料反应 另一端依靠配价的络原子与玻璃纤维表面硅氧基结合 3 偶联剂品种 19 36 21 3 4铝酸醋偶联剂这类偶联剂是国内自行开发的品种 铝酸酷偶联剂目前有四个牌号 可改善制品的物理机械性能 如提高抗冲击强度 提高热变型温度 可与钛酸酯偶联剂相媲美 另外其成本低 价格仅为钛酸酯偶联剂的一半 具有色浅 无毒 使用方便等特点热稳定性比钛酸酯还好 它与钛系偶联剂的最大差异在于对炭黑等颜料的分散性有极优的效果 因此在涂料方面的应用甚多 铝酸酯偶联剂是由福建师范大学研制的一种新型偶联剂 其结构与钛酸酯偶联剂类似 分子中存在两类活性基团 一类可与无机填料表面作用 另一类可与树脂分子缠结 由此在无机填料与基体树脂之间产生偶联作用 3 偶联剂品种 19 36 22 3 5铝锆偶联剂铝锆偶联剂是美国CAVEDON化学公司于1983年成功开发的 该产品是含铝酸锆的低分子量无机聚合物 在其分子主链上络合两种有机配位基 一种配位基赋予偶联剂良好的羟基稳定性和水解稳定性 另一配位基可赋予偶联剂有良好的有机反应性 铝锆偶联剂与无机填料的反应主要是通过Al Zr之间的蛰合