2 合成材料助剂.ppt

1、第二章：聚合物加工添加剂。一般来说，分子量超过104的分子称为聚合物。在组成上，大多数聚合物是由许多结构单元通过共价键结合而成的。因此，可以用重复单元表示的聚合物称为聚合物，只能用一个重复单元表示的聚合物称为规则聚合物，不能用一个重复单元表示的聚合物称为不规则聚合物。2.1简介：大分子根据来源可分为天然大分子和合成大分子。天然大分子包括蛋白质、纤维素、淀粉和天然单宁，而合成大分子包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯。合成聚合物是以单体为原料，在适当条件下人工合成的一种聚合物。根据材料的分类，聚合物可分为高弹性状态的橡胶、取向状态的纤维和取向方向的高强度纤维、玻璃态和半结晶态的塑料、涂料和粘合

2、剂等。2.1简介：聚合物成型是将聚合物转化为实用材料或产品的工程技术。这些聚合物在加工和使用中存在各种缺陷，如耐热性差和加工性能差。只有通过添加一系列其他物质来改善它们的缺陷，我们才能达到实用、耐用和增强的目的。2.1添加剂的介绍和定义这类辅助化学品广泛用于塑料、橡胶、合成纤维、涂料等工业产品的生产和加工。被称为添加剂。添加剂是精细化工中的一大类产品，可以赋予产品特殊的性能，延长其使用寿命，扩大其应用范围，提高加工效率。因此，添加剂广泛应用于化学工业，特别是有机合成、塑料、纤维、橡胶等合成材料。2.1简介，添加剂的类别聚合物添加剂可分为两个系统：“合成添加剂”和“加工添加剂”。合成助剂是指在由

3、单体制备合成树脂、合成橡胶和其他聚合物的过程中所涉及的各种辅助化学品，例如乳化剂、分散剂、引发剂、分子量调节剂、终止剂和阻聚剂。加工助剂是指分散在材料中的少量化学物质，用于改善某些材料的加工性能和最终产品的性能，对材料的结构没有明显的影响。2.2塑料加工添加剂，塑料是指一种在热和压力的作用下能够塑化成型，并能制成一定形状和满足一定用途的高分子材料。塑料成型的目的是使各种塑料制品满足不同领域的应用要求，并根据其固有的特性具有所需的尺寸和形状。2.2塑料加工添加剂塑料的主要成分是改性天然树脂和合成树脂，但它们通常不是纯树脂，或多或少含有各种添加剂。添加剂的加入可以改善塑料的成型工艺性能，提高塑料制

4、品的使用性能，降低成本。用于塑料成型的合成树脂主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯、酚醛树脂等。其中，聚氯乙烯加工过程中需要添加的添加剂种类很多。2.2在选择塑料加工添加剂时，必须考虑以下五个因素，以达到预期效果。1.与树脂的相容性所添加的添加剂必须在树脂中长期、稳定、均匀地存在，才能发挥其应有的功能。要求有机添加剂与塑料有良好的相容性，否则添加剂容易沉淀(即结霜或渗漏)；无机添加剂要求精细且具有良好的分散性。2.耐久性添加剂的损失主要是通过挥发、萃取和迁移。挥发性取决于添加剂的性质，提取和流动性与添加剂和聚合物之间的互溶性有关。3.对加工条件的适应性主要是耐热性，使其在

5、加工过程中不会分解、挥发和升华，同时也考虑了添加剂对成型设备和模具的腐蚀性。4.产品使用对添加剂的限制。选择添加剂时，必须考虑各种因素，如外观、气味、污染、耐久性、电气性能、热性能、耐候性、毒性和经济性。5.协同效应：尽量在添加剂之间选择具有协同效应的物质，避免拮抗效应，以充分发挥添加剂在塑料中的作用。2.2塑料加工添加剂、2.2.1增塑剂、2.2.2稳定剂、2.2.3阻燃剂、2.2.4润滑剂、2.2.5抗静电剂、2.2.6着色剂、2.2.7发泡剂、2.2.1增塑剂、添加到聚合物体系中的任何能降低聚合物玻璃化转变温度并增加其塑性、使其易于加工的物质。它们通常是高沸点且难以挥发的液体或低熔点的固

6、体，通常不与聚合物发生化学反应。增塑剂的主要作用是削弱聚合物分子之间的次键，即范德华力，从而增加聚合物分子链的流动性，降低聚合物分子链的结晶度，即增加聚合物的塑性。聚合物的硬度、模量、软化温度和脆性温度降低，而伸长率、柔韧性和柔韧性增加。2.2.1增塑剂和塑化机理增塑剂对聚合物的塑化机理有不同的理论解释，包括润滑理论、凝胶理论、溶剂化理论和极性理论，它们从不同的角度解释了塑化现象，但都有一定的局限性。根据增塑剂与聚合物之间的极性关系解释了增塑机理，即当非极性增塑剂加入到非极性聚合物中增塑时，增塑剂主要起隔离作用；当极性增塑剂加入到极性聚合物中进行增塑时，增塑剂分子的极性基团与聚合物分子的极性基

7、团相互作用。当非极性增塑剂加入极性聚合物中增塑时，增塑剂起到屏蔽作用。这三种作用的目的是减少聚合物分子之间的作用力，提高聚合物的塑性。2.2.1增塑剂分类：增塑剂有许多分类方法，常用的分类方法根据增塑剂与聚合物的相容性分为主要增塑剂、辅助增塑剂和填充剂。主增塑剂与聚合物具有良好的相容性，不仅能进入聚合物分子链的无定形区，还能插入分子链的结晶区，不会造成渗漏和霜冻，可单独使用。辅助增塑剂与聚合物相容性差，分子只能进入聚合物分子的无定形区，不能插入结晶区，只能与主增塑剂一起使用。增量剂是一些与聚合物相容性较低且价格较低的辅助增塑剂，如氯化石蜡。2.2.1增塑剂，不是每种塑料都要加入增塑剂，如聚乙烯

8、和聚丙烯，这是两种普通塑料，薄膜可以不加增塑剂。但是，有些树脂，如聚氯乙烯、纤维素塑料、聚乙烯醇缩丁醛、聚苯乙烯、有机玻璃等，不加入一定量的增塑剂就不能制成软制品。目前，聚氯乙烯软制品中约有80.90%的增塑剂被消耗。聚氯乙烯软制品平均使用约45份增塑剂(注：在塑料和橡胶加工中，添加剂的量一般表示为“份”，即加入的添加剂重量份相当于100份生橡胶和树脂的重量份。“分”相当于国外常用的英文缩写“phr”。2.2.1增塑剂，增塑剂的主要品种1。邻苯二甲酸酯是产量和消费量最大的增塑剂，约占增塑剂总量的80%。大约有30个品种被生产，10多个品种被广泛使用。主要品种有邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、邻苯二

9、甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二庚酯(DHP)和邻苯二甲酸。这类增塑剂是一种通用增塑剂，用作主要增塑剂。它品种多、产量高、色泽浅、毒性低、电性能好、挥发性低、气味低、耐低温。目前，欧盟禁止(限制)的邻苯二甲酸二辛酯是中国生产的主要增塑剂，约占总产量的75%。两个主要品种的生产方法如下所述。2.2.1增塑剂，增塑剂的主要类型2。脂肪酸酯脂肪酸酯增塑剂主要用作低温增塑剂，因为它们的低温性能好，但与聚氯乙烯的相容性差，所以只能用作耐寒的辅助增塑剂，并与邻苯二甲酸酯一起使用。己二酸二辛酯、壬二酸二辛酯(DOZ)、癸二酸二丁酯和癸二酸二辛酯被广泛使用。2.2.1增塑剂，增塑剂的主要品种3。磷酸酯与聚氯

10、乙烯和其他树脂具有良好的相容性，尤其是具有良好的阻燃性，但它们是有毒的。它们既是增塑剂又是阻燃剂。芳香族磷酸酯的低温性能较差，而脂肪族磷酸酯的低温性能较好，但热稳定性和抗萃取性能较差。其主要品种有磷酸三甲苯酯、磷酸三苯酯、磷酸三丁酯(TBP)、磷酸三辛酯、磷酸二苯酯(DPOP)等。2.2.1增塑剂，增塑剂的主要品种4。柠檬酸酯化学名称为2-羟基-1，2，3-丙烷三羧酸的柠檬酸，用具有适当碳原子的醇酯化，使产品的相对分子质量控制在400，700之间，可用作聚氯乙烯增塑剂。它与聚氯乙烯、氯乙烯-偏氯乙烯和氯乙烯-醋酸乙烯酯共聚物具有良好的相容性。其中，柠檬酸三乙酯(TEC)、柠檬酸三丁酯(TBC)

11、和乙酰化柠檬酸产品已被FDA批准为食品包装、医疗器械、儿童玩具和个人卫生用品的无毒增塑剂。2.2.1增塑剂，增塑剂的主要类型5。环氧酯环氧增塑剂是近年来广泛使用的添加剂。它们能吸收聚氯乙烯树脂分解过程中释放的氯化氢，并且与聚氯乙烯树脂相容，因此它们既是增塑剂又是稳定剂。大多数环氧增塑剂具有热稳定性。环氧化油通常具有良好的抗萃取性、抗迁移性和低温性能，主要用作高耐候性聚合物产品的辅助增塑剂。主要品种有：环氧大豆油、环氧脂肪酸丁酯、环氧脂肪酸辛酯和环氧四氢邻苯二甲酸二辛酯。2.2.1增塑剂，增塑剂的主要类型6。聚酯增塑剂通常塑化效率低，粘度高，加工性能差，温度低，但挥发性低，流动性低，耐油和肥皂水

12、提取，因此它们是很好的耐久增塑剂。通常，它需要与邻苯二甲酸酯增塑剂结合使用。主要用于汽车、电线电缆、冰箱等长期产品。聚酯增塑剂主要是二元酸和二元醇的聚合物，其分子量一般在10006000之间。2.2.1增塑剂，增塑剂的主要类型7。偏苯三酸酯是一种性能优异的增塑剂，兼有单体增塑剂和聚合物增塑剂的优点。低挥发性、低流动性、耐萃取性和耐久性类似于聚酯增塑剂，而相容性、可加工性和低温性能类似于邻苯二甲酸酯。主要品种有偏苯三酸辛酯(TOTM)和偏苯三酸三(正辛基癸基酯)(NODTM)。2.2.1增塑剂，增塑剂的主要类型8。氯化增塑剂氯化石蜡是一种广泛使用的含氯增塑剂，价格低廉，电气性能优异，相容性差，仅

13、用作辅助增塑剂。2.2.2稳定剂，在成型、储存和使用过程中，由于各种因素，结构发生变化，性能下降。逐渐失去使用价值的现象称为塑料老化。导致老化的外部因素有物理因素，如光、氧、热、电场、辐射和压力，化学因素，如溶剂或化学介质侵蚀，以及生物因素，如霉菌和昆虫叮咬。内部因素是分子结构和添加剂的作用。其中，光、氧和热是最重要的因素，抑制或延缓其影响的主要途径是添加光、氧和热稳定剂。2.2.2稳定剂1。抗氧化剂聚合物的氧化是一个自由基链式反应。抗氧化剂可以捕获活性自由基并产生非活性自由基，从而阻止连锁反应。它还能分解氧化过程中产生的聚合物氢过氧化物，生成非自由基产物，从而中断链式反应。总之，抗氧剂的作用

14、是延缓高分子材料的氧化过程，保证其加工的顺利进行，延长其使用寿命。抗氧化剂广泛应用于橡胶、聚烯烃塑料、纤维和其他聚合物材料，其中橡胶工业中的抗氧化剂通常被称为抗氧化剂。2.2.2稳定器1。抗氧化剂抗氧化剂根据作用机理可分为自由基抑制型和过氧化物分解型。自由基抑制剂，也称为主要抗氧化剂，包括胺类和酚类。胺类抗氧化剂几乎都是芳香族仲胺的衍生物，主要包括二芳基胺、对苯二胺和醛胺。它们大多具有良好的抗氧化性能，通常用于橡胶工业。酚类抗氧剂主要是受阻酚，其抗氧化效果比前者差，但无污染，主要用于塑料和浅色橡胶制品。过氧化物分解剂，也称为辅助抗氧化剂，主要是硫酯，如tdpa酯和亚磷酸酯。它们主要用于聚烯烃，

15、并与酚类抗氧化剂结合产生协同效应。抗氧化剂还包括铜抑制剂和抗臭氧剂。铜抑制剂可以抑制重金属对聚合物氧化的催化作用，其中大部分是肼衍生物、肟类化合物以及醛和胺的缩合产物。抗臭氧剂主要用于二烯橡胶。稳定器2。热稳定剂塑料由于成型过程中的热、摩擦、剪切等物理效应以及使用过程中的热、光、氧等外部条件而降解，导致产品性能下降甚至失去使用价值。为了抑制这种影响，应该加入热稳定剂。聚氯乙烯及其共聚物在加热至100以上时发生脱氯化氢反应，在成型温度(170以上)时降解反应加快。因此，聚氯乙烯必须加入热稳定剂，以抑制上述影响，这些热稳定剂可以捕捉氯化氢。热稳定剂热稳定剂主要用于聚氯乙烯和氯乙烯共聚物，但聚乙烯，

16、聚丙烯等。有双键和支链等结构缺陷，所以有时应加入热稳定剂。聚氯乙烯热降解的主要因素是链结构的影响。因此，聚氯乙烯热稳定剂应具有以下功能：吸收或中和加工和使用过程中去除的氯化氢，终止其自催化作用；取代分子中活性和不稳定的氯原子，抑制脱氯化氢反应；它能与聚烯烃结构进行双键加成反应，消除或减缓产品变色；防止聚烯烃结构氧化；中和和钝化树脂中的杂质和催化剂。2.2.2稳定剂2。热稳定剂热稳定剂主要包括金属皂、铅盐、有机锡和复合稳定剂。在选择热稳定剂时，我们应该首先评价和测试其各种性能，然后对其进行分析和比较，以便选择更令人满意的物质。由于影响热稳定性的因素很多，各种稳定剂的效果也大不相同，常常需要几种稳

17、定剂一起使用才能达到满意的效果。热稳定剂的主要性能是耐热性、耐候性和加工性能，但对于不同的产品和不同的用途，还应考虑透明度、相容性、机械强度、电绝缘性、抗硫化性、毒性以及对其他添加剂的影响。2.2.2稳定剂3。长时间暴露在户外的光稳定剂塑料受到阳光、温度变化、大气成分(臭氧、硫和其他化学介质)、水分等的影响。材料的外观和物理机械性能发生变化，即发生气候老化。由于紫外线波长短、能量高，塑料在吸收紫外线后容易形成电子激发或破坏化学键，引起自由基链式反应，这是天气老化的主要原因。此外，由于大气中的氧，链断裂和交联经常伴随光氧化反应发生，形成含氧官能团，导致塑料性能的改变，即光氧化老化。任何能抑制这一过程的物质都被称为光稳定剂。光稳定剂对防止或抑制光氧化老化和延长塑料的使用寿命有显著效果，但其用量很小，通常只有0.010.5%。2.2.2稳定器，3。光稳定剂塑料中添加的光稳定剂应具备以下条件：能强烈吸收波长范围为290400纳米的紫外线，或能有效淬灭激发态分子的能量，或有足够的捕捉自由基的能力；与塑料和添加剂的良好相容性；具有良好的光稳定性；良好的化学稳定性；良好的热稳定性；无污染产品；无毒或低毒性；优异的抗萃取性、抗水解性和低价格。光稳定剂有很多种。根据它们的作用机理，它们可以分为遮光剂、紫外线吸收