第二章、組成與配制

第2章塑料材料的組成及配制2.1塑料材料的組成2.2塑料的配制

第2章塑料的組成與配制

塑料材料的助劑:

2.1.1填料和增強(qiáng)劑2.1.2增塑劑2.1.3熱穩(wěn)定劑2.1.4光穩(wěn)定劑2.1.5固化劑

2.1.6抗氧劑2.1.7抗靜電劑2.1.8阻燃劑2.1.9潤(rùn)滑劑2.1.10著色劑2.1.11發(fā)泡劑基質(zhì)材料：樹脂。對(duì)助劑的基本要求是：功能上有效，在塑料加工使用條件下穩(wěn)定，與樹脂結(jié)合穩(wěn)固，不滲析和噴霜，無(wú)毒無(wú)味，價(jià)格適宜。2.1塑料材料的組成滲析：是指塑料中某助劑向相接觸的其它材料中遷移的現(xiàn)象。滲析發(fā)生的條件：

當(dāng)一種添加劑在被摻合的聚合物里以及在能夠是液態(tài)或固態(tài)的鄰近材料內(nèi)部具有一定溶解度的時(shí)候，便會(huì)遷移到鄰近材料里去。這就發(fā)生了添加劑的滲出。這種滲出能使鄰近材料著色或受到污染。當(dāng)滲出條件滿足的時(shí)候，滲出速度遵從擴(kuò)散定律。因此，滲出速度將取決于聚合物中孔的大小，擴(kuò)散分子的大小以及這些分子在原始聚合物中的濃度。在溫度高于Tg(對(duì)結(jié)晶的聚合物為熔點(diǎn)Tm。)時(shí)，添加劑的滲出遠(yuǎn)比在低于這個(gè)溫度時(shí)多，為了減少這種影響，用具有相同結(jié)構(gòu)的大分子添加劑來(lái)代替容易滲出的小分子添加劑是很實(shí)用的辦法。

噴霜：是指塑料中某助劑向制品表面遷移的現(xiàn)象，一般主要是指增塑劑和潤(rùn)滑劑。當(dāng)該助劑在加工溫度下在樹脂中完全溶解，但在室溫下僅部分溶解時(shí)，所成型的制品在室溫下存放或使用時(shí)就會(huì)發(fā)生噴霜現(xiàn)象。噴霜發(fā)生的條件：

如果添加劑在加工溫度下只是部分的溶解，則剩余的物質(zhì)可以形成一個(gè)核心，圍繞這個(gè)核心，析出的添加劑分子便會(huì)聚集在一起，只使很少的添加劑在表面上噴霜。其他的添加劑也可以在上述情況下形成相應(yīng)的核心。如果添加劑在加工溫度下是完全不溶或者在室溫下完全可溶，則噴霜不會(huì)發(fā)生。2.1塑料材料的組成下表概括了添加劑在塑料材料的組成里噴霜的可能性。實(shí)例添加劑的濃度在常溫下的溶解度

在加工溫度下的溶解度預(yù)期的效果

1﹪00不噴霜2﹪＜％＜％不噴霜3﹪＜％＞％噴霜，除非通過(guò)別的添加劑形成核心

4﹪＞％＞％不噴霜2.1塑料材料的組成§2.1.1填料和增強(qiáng)劑

(fillerandintensifier)填料是用來(lái)改善某些物理性能或力學(xué)性能，有時(shí)填料的使用主要是為了降低材料的造價(jià)。增強(qiáng)劑主要是用來(lái)改善力學(xué)性能，有時(shí)也伴隨著改善材料的某些力學(xué)性能。

增強(qiáng)劑對(duì)塑料達(dá)到最佳增強(qiáng)效果的條件：（1）增強(qiáng)劑或填料本身的物理力學(xué)性能。（2）增強(qiáng)劑或填料的表面性質(zhì)。只有增強(qiáng)劑或填料與樹脂牢固的結(jié)合，才能最大限度的產(chǎn)生增強(qiáng)效果。（3）增強(qiáng)劑或填料的比表面大小。2.1塑料材料的組成§2.1.2增塑劑(plasticizer)定義：增塑劑是用來(lái)改善塑料的塑性，增加成型加工時(shí)的流動(dòng)性，降低制品的脆性，改善塑料耐寒性的一種助劑。增塑機(jī)理：間隔作用、極性理論和氫鍵理論。增塑劑的主要功能是通過(guò)在聚合物分子間起間隔作用，使不同分子鏈間的距離增大，從而使分子鏈旋轉(zhuǎn)需要的能量降低，在低于分解溫度時(shí)聚合物變得可以流動(dòng)。極性理論認(rèn)為，增塑劑不是簡(jiǎn)單的起間隔作用，而是與聚合物分子形成鍵。

氫鍵理論認(rèn)為，增塑劑和聚合物之間是通過(guò)氫鍵連接起來(lái)的。

2.1塑料材料的組成對(duì)增塑劑的基本要求：揮發(fā)性小，與樹脂的相容性好。常用增塑劑種類：（1）苯二甲酸酯類。（2）磷酸酯類。（3）己二酸、壬二酸、葵二酸等的二辛酯。2.1塑料材料的組成§2.1.3熱穩(wěn)定劑

（thermalstability）定義：加入到塑料配料中，能改善樹脂的熱穩(wěn)定性，抑制其熱降解、熱分解的助劑稱為熱穩(wěn)定劑。對(duì)熱穩(wěn)定性問(wèn)題比較突出的是聚氯乙烯和聚甲醛兩種塑料材料。聚甲醛主要是采用對(duì)樹脂端基封閉處理的方法提高熱穩(wěn)定性，我們一般所講的熱穩(wěn)定劑，指的是對(duì)聚氯乙烯塑料專用的熱穩(wěn)定劑。

2.1塑料材料的組成PVC的熱降解機(jī)理：自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理。（1）自由基的形成：聚氯乙烯在制備過(guò)程中由于聚合反應(yīng)的復(fù)雜性，使分子鏈中所產(chǎn)生的雙鍵、支化點(diǎn)、含氧結(jié)構(gòu)等在光、熱作用下形成自由基。2.1塑料材料的組成（2）自由基引發(fā)聚氯乙烯脫氯化氫脫出的HCl對(duì)聚氯乙烯進(jìn)一步分解有自動(dòng)催化作用。2.1塑料材料的組成二、熱穩(wěn)定劑的作用機(jī)理1．抑制自由基生成和脫HCl的過(guò)程有機(jī)錫類熱穩(wěn)定劑，可以與聚氯乙烯中不穩(wěn)定的氯原子配位結(jié)合，使之形成穩(wěn)定的絡(luò)合物結(jié)構(gòu)。2．吸收中和HCl，抑制它的自動(dòng)催化作用。鹽基鉛鹽、金屬皂類等熱穩(wěn)定劑，都是HCl的接受體，可以有效地捕捉HCl，并與之反應(yīng)形成穩(wěn)定產(chǎn)物。2.1塑料材料的組成有機(jī)錫類熱穩(wěn)定劑結(jié)合聚氯乙烯中不穩(wěn)定的氯原子配位形成穩(wěn)定的絡(luò)合物結(jié)構(gòu)。式中，R——烷基；Y——羧酸酯基2.1塑料材料的組成鹽基鉛鹽、金屬皂類熱穩(wěn)定劑捕捉HCl2.1塑料材料的組成三、常用熱穩(wěn)定劑種類1．鹽基鉛鹽熱穩(wěn)定劑：這類熱穩(wěn)定劑的優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)時(shí)間耐熱性優(yōu)，耐候性優(yōu)，且價(jià)廉。缺點(diǎn)是毒性較大，在樹脂中的相容性和分散性較差。2．金屬皂類熱穩(wěn)定劑：這類熱穩(wěn)定劑的優(yōu)點(diǎn)是除起熱穩(wěn)定作用外，并可兼起材料的潤(rùn)滑作用。3．有機(jī)錫化合物熱穩(wěn)定劑：這類熱穩(wěn)定劑的優(yōu)點(diǎn)是可使塑料制品保持良好的透明性、突出的耐熱性，并可與金屬皂類熱穩(wěn)定劑產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，缺點(diǎn)是價(jià)格較貴。2.1塑料材料的組成定義：加入到塑料配方中，改善塑料的耐日光性，防止或降低日光中紫外線對(duì)塑料的破壞的助劑。一、光對(duì)塑料的破壞波長(zhǎng)為300nm的光波所具有的能量為397.5KJ/mol,而大部分聚合物發(fā)生自動(dòng)氧化反應(yīng)的活化能約在41.8～167.4KJ/mol之間，分子鏈中化學(xué)鍵的解離能約在167.4～418KJ/mol之間，這些數(shù)據(jù)說(shuō)明，紫外光對(duì)塑料會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞作用?！?.1.4光穩(wěn)定劑（抗紫外線劑）

(lightstability)2.1塑料材料的組成二、光穩(wěn)定劑的類型及作用光穩(wěn)定劑對(duì)塑料的保護(hù)，按其作用實(shí)質(zhì)可以分為以下幾類：1.紫外光屏蔽劑，作用方式有兩種：⑴以本身可以吸收輻射的、而可以經(jīng)受有害化學(xué)作用的聚合物作為涂層。⑵光屏蔽劑可以被分散。如同粉末一樣進(jìn)入聚合物里。這樣的物資不散射輻射能。2.紫外線吸收劑：⑴水楊酸酯類；⑵二苯甲酮類；⑶苯并三唑類。3.紫外線淬滅劑：這類光穩(wěn)定劑的作用是捕滅紫外線的活性。2.1塑料材料的組成§2.1.5抗氧劑(antioxidant)定義：添加到塑料配方中，能延緩或抑制塑料氧化降解的物質(zhì)。

一、塑料氧化機(jī)理鏈引發(fā)：

鏈增長(zhǎng)：鏈終止：抗氧劑品種及作用機(jī)理1.抗氧劑品種：酚類、胺類、亞磷酸酯類。2.作用機(jī)理：酚類、胺類抗氧劑中含有-OH，=NH，能與自動(dòng)催化氧化反應(yīng)中形成的自由基作用，最終使自由基消失，使氧化的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)終止。亞磷酸類抗氧劑能夠?qū)⒀趸磻?yīng)過(guò)程中形成的氫過(guò)氧化物分解為不活潑產(chǎn)物，使其失去活性：

（R—樹脂分子鏈主體，R，—抗氧劑結(jié)構(gòu)主體）§2.1.6抗靜電劑

(antistaticagent)定義：加入塑料配方中或涂敷到塑料制品表面，防止制品表面聚積電荷的助劑。靜電的產(chǎn)生：塑料制品在成型加工和使用過(guò)程中，表面很容易因摩擦而聚積電荷形成靜電。

靜電的危害：（1）表面吸塵；(2)引起事故。

2.1塑料材料的組成抗靜電劑作用機(jī)理

從根本上說(shuō)，抗靜電劑的作用在于降低塑料制品表面電阻，防止電荷積累。不同品種抗靜電劑的具體作用，有以下幾種：（1）抗靜電劑中所含的親水基團(tuán)增加制品表面的吸濕性，增加導(dǎo)電性(因表面形成導(dǎo)電膜）（2）離子型抗靜電劑可以增加制品表面離子濃度，增加表面導(dǎo)電性。（3）抗靜電劑具有較大的介電常數(shù)，加入塑料配方后可以增大材料電容，減少塑料制品表面摩擦?xí)r的電荷聚積。（4）某些抗靜電劑可以增加塑料制品表面的平滑度，降低摩擦因素，因而也可以減少摩擦?xí)r產(chǎn)生的電荷數(shù)量。抗靜電劑品種

1、按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類（1）離子型陽(yáng)離子型抗靜電劑主要是季胺鹽，此外還有各種胺鹽、烷基咪唑啉等陰離子型抗靜電劑包括有高級(jí)脂肪酸鹽，各種磷酸衍生物、硫酸衍生物。兩性離子型抗靜電劑包括季胺內(nèi)鹽、兩性烷基咪唑啉、烷基氨基酸類。

（2）非離子型主要有多元醇、多元醇的脂肪酸酯、胺類衍生物等。

2.1塑料材料的組成抗靜電劑品種2、按使用方法分類（1）內(nèi)添加型內(nèi)添加型加入到塑料的配料中，均勻地分散在材料內(nèi)部，起到長(zhǎng)久的抗靜電作用。

（2）外涂型常常是配制成溶液，刷涂、噴涂或浸涂到塑料制品表面，它們見(jiàn)效快，但容易因摩擦脫落而失效。

內(nèi)添加型與外涂型兩種抗靜電劑并無(wú)明確界限。往往同一種化合物可兼做兩用?！?.1.7阻燃劑

(inflame-retardant)定義：加入到塑料配方中，能夠降低材料的燃著傾向和程度，或降低燃燒速率和火焰?zhèn)鞑ニ俾实闹鷦?。阻燃機(jī)理

(1)燃燒時(shí)可形成不透的耐火涂層，隔絕燃燒物與氧的接觸；

(2)改變?nèi)紵^(guò)程的熱狀態(tài)；（3）沖淡氧的供給；（4）從化學(xué)反應(yīng)上妨礙燃燒過(guò)程。2.1塑料材料的組成阻燃劑品種按使用方法分類添加型：在塑料配制或成型過(guò)程中摻入塑料中。這種類型多用于熱塑性塑料，也可用于熱固性塑料。反應(yīng)型：在塑料內(nèi)的樹脂合成時(shí)作為反應(yīng)組分之一參與合成反應(yīng)，成為樹脂分子鏈的組成部分；這種阻燃劑只用于熱固性塑料。不論是添加型阻燃刑，還是反應(yīng)型阻燃劑，都不外乎是以下各類化合物：

(1)周期表中第v族元素N，P，Sb的化合物。（2）周期表中第Ⅶ族元素F，Cl,Br，I的化合物。（3）周期表中第Ⅲ族元素Al，B的化合物。2.1塑料材料的組成§2.1.8潤(rùn)滑劑(lubricant)定義：加入到塑料配料中，以便在塑料成型加工中減小摩擦，改善加工性能的助劑。塑料潤(rùn)滑劑有外潤(rùn)滑劑與內(nèi)潤(rùn)滑劑之分。1、作用改善塑料在擠塑、壓延、注塑等工藝中的加工性能，防止發(fā)生粘附現(xiàn)象而損害制品外觀。使用時(shí)必須控制用量，少則粘附，多則噴霜。2、作用方式：內(nèi)潤(rùn)滑：與樹脂有一定的溶合作用，可改善流動(dòng)性能，降低塑料內(nèi)部各組成的內(nèi)摩擦。硬脂酸、硬脂酸甘油脂等。外潤(rùn)滑：與樹脂不親和，在樹脂表面形成薄膜，防止塑料粘結(jié)在金屬設(shè)備、模具上。如石蠟、硅油等。2.1塑料材料的組成3、對(duì)潤(rùn)滑劑性能要求：（1）能分散于樹脂中，與樹脂及其他助劑的相溶性好；（2）不影響塑料的塑化性能；（3）潤(rùn)滑效率高，能使制品表面光潔，而且有持久的潤(rùn)滑性能；（4）妨礙樹脂的耐熱性和耐氣候性；(5)不降低產(chǎn)品質(zhì)量，改善制品性能。2.1塑料材料的組成4、潤(rùn)滑劑的分類（1）脂肪酸及其酯類：硬脂酸、硬脂酸甲酯、硬脂酸丁酯等。

（2）脂肪酸酰胺類：硬脂酸酰胺、油酸酰胺、己酰胺等。（3）金屬皂類具有內(nèi)外潤(rùn)滑作用，是最好的潤(rùn)滑劑兼穩(wěn)定劑。硬脂酸鉛潤(rùn)滑性最強(qiáng)，硬脂酸鎘則最差。（4）飽和烴類液態(tài)：流動(dòng)石蠟（白油）。固態(tài)：固體石蠟（礦燭）分為精石蠟、白石蠟、黃石蠟三種，精石蠟含油量最少，色度最好，一般用作聚氯乙烯潤(rùn)滑劑。（5）硅有機(jī)化合物主要是甲基硅油(聚二甲基硅氧烷)和乙基硅油(聚二乙基硅氧烷)。2.1塑料材料的組成§2.1.9著色劑（colorant）定義：加入到塑料配料中使塑料制品具有各種顏色的助劑統(tǒng)稱為著色劑。1、作用（1）具有鮮艷奪目的色澤，增加美觀（2）改進(jìn)耐氣候性和抗老化性，延長(zhǎng)使用壽命

(3)工業(yè)、軍事上特殊意義2.1塑料材料的組成2.1塑料材料的組成2、分類染料：一般溶于水、特種溶液或其他化學(xué)藥品，使其成可溶性，以達(dá)到染色的目的。他不但是被染物表面有著色現(xiàn)象，而且內(nèi)部亦被著色。顏料：也是一種有色材料。他調(diào)和于展色劑（油或樹脂）之中，作為物體表面的著色或以極細(xì)微的顆粒狀混合于塑料、玻璃等之中作為著色劑，但不溶于水，也不溶于展色劑中。二者區(qū)別：染料是透明的，而顏料則具有遮蓋力。用在塑料中的著色劑基本上是顏料。

3、對(duì)著色劑基本要求（1）良好的耐熱性除應(yīng)適應(yīng)塑料加工溫度和成品使用溫度外，還要考慮溫度與時(shí)間的關(guān)系。（2）良好的耐光性一般把著色劑對(duì)光穩(wěn)定性的級(jí)別稱為耐光級(jí)。共分八級(jí)，級(jí)別愈高，光穩(wěn)定性愈好。一般著色級(jí)都有耐光級(jí)別。作為聚氯乙烯的著色劑，應(yīng)在5級(jí)以上，有的著色劑必須配至一定濃度才符合要求，若低于規(guī)定濃度，則耐光性明顯下降。（3）良好的分散性由于著色劑的加入，樹脂原來(lái)的顏色被覆蓋。著色一平方米表面所需的顏料量，稱為遮蓋率，單位為克/米2，著色劑顆粒越細(xì)，遮蓋率越大，分散性愈好，遮蓋率越大。（4）無(wú)遷移性某些著色劑由于和樹脂相溶性差，使顏料在制品表面有析出現(xiàn)象，這就叫著色劑的遷移性。多發(fā)生于有機(jī)顏料，無(wú)機(jī)顏料少見(jiàn)。2.1塑料材料的組成§2.1.10發(fā)泡劑

(blowingagent)定義：為