潤(rùn)滑劑、阻燃劑以及抗靜電劑

1、其它塑料助劑,PVC具有什么特性 ？,本章 學(xué)習(xí)目的： 1、理解并掌握潤(rùn)滑劑、阻燃劑、抗靜電劑的作用原理、常用品種; 2、了解發(fā)泡劑及交聯(lián)劑、成核劑、驅(qū)避劑、防霧劑、抗菌劑等非常用助劑在塑料中的用途。,第一節(jié) 潤(rùn)滑劑 一般把能改進(jìn)聚合物熔體的流動(dòng)性，減少熔體對(duì)設(shè)備的粘附現(xiàn)象，提高塑件脫模作用的物質(zhì)稱(chēng)為潤(rùn)滑劑。 一、潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理 由于塑料加工過(guò)程的影響因素很多，關(guān)于潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理尚不十分成熟，存在著各種不同的解釋?zhuān)旅媸呛?jiǎn)單的內(nèi)潤(rùn)滑機(jī)理和外潤(rùn)滑機(jī)理。,（1）內(nèi)潤(rùn)滑機(jī)理 能夠降低聚合物分子間的摩擦，即減少內(nèi)摩擦，而加入的潤(rùn)滑劑稱(chēng)之為內(nèi)潤(rùn)滑劑。內(nèi)潤(rùn)滑劑與聚合物有一定的相容性，其結(jié)構(gòu)及其在聚合物

2、中的狀態(tài)類(lèi)似于增塑劑，能夠使大分子間作用力略有降低，于是在聚合物變形時(shí)，分子鏈間能夠相互滑移和旋轉(zhuǎn)，從而使聚合物分子間的內(nèi)摩擦減小，流動(dòng)性增加。但潤(rùn)滑劑不會(huì)過(guò)分降低聚合物的Tg和強(qiáng)度等，這是與增塑劑的不同之處。,（2）外潤(rùn)滑機(jī)理 主要降低聚合物與加工設(shè)備表面之間的摩擦，即外摩擦，而加入的潤(rùn)滑劑稱(chēng)為外潤(rùn)滑劑。與內(nèi)潤(rùn)滑相比，外潤(rùn)滑劑與聚合物的相容性更小。故在加工過(guò)程中，潤(rùn)滑劑分子很容易從聚合物內(nèi)部遷移至表面，并在熔融聚合物與加工設(shè)備（或模具）的界面處形成定向排列的潤(rùn)滑劑層，這種由潤(rùn)滑劑分子層所構(gòu)成的潤(rùn)滑界面對(duì)聚合物熔體和加工設(shè)備起到隔離作用，故減少了兩者之間的摩擦。,二、常用潤(rùn)滑劑品種 在塑料工業(yè)

3、中，廣泛使用的是有機(jī)潤(rùn)滑劑，它們按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為烴類(lèi)化合物、脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪酸酰胺、脂肪醇和有機(jī)硅化合物等。,1. 烴類(lèi) （1）石蠟 主要成分為直鏈烷烴，僅含少量支鏈，廣泛用作各種塑料的潤(rùn)滑劑和脫模劑。其外潤(rùn)滑作用強(qiáng)，能使制品表面具有光澤。缺點(diǎn)是與PVC的相容性差，熱穩(wěn)定性低，且易影響制品的透明度。主要用于UPVC擠出制品中，用量一般為0.51.5份，用量過(guò)多對(duì)制品強(qiáng)度有影響。,（3）液體石蠟 俗稱(chēng)“白油”，適用于PVC、PS等的內(nèi)潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑效果較好，無(wú)毒，但與聚合物的相容性差，故用量不宜過(guò)多。 （4）PE蠟 即相對(duì)分子質(zhì)量為15005000的PE，部分氧化的低相對(duì)分子質(zhì)量PE稱(chēng)為氧化

4、PE蠟，可作為PVC等的潤(rùn)滑劑，用途廣泛。它比其它烴類(lèi)潤(rùn)滑劑的內(nèi)潤(rùn)滑作用強(qiáng)，適用于擠出和壓延成型，能提高加工效率，防止薄膜等粘結(jié)，且有利于填料或顏料在聚合物基質(zhì)中的分散。與PE蠟性能相近的還有PP蠟。,：,2.脂肪酸酯 作為潤(rùn)滑劑的酯類(lèi)主要是高級(jí)脂肪酸的一元醇酯和多元醇單酯，一些具有代表性的品種見(jiàn)表14-1。 此類(lèi)潤(rùn)滑劑多數(shù)兼具潤(rùn)滑和增塑雙重性質(zhì)，如硬脂酸丁酯便是氯丁橡膠的增塑劑。脂肪酸的多元醇單酯是高效的內(nèi)潤(rùn)滑劑，可用于UPVC的壓延硬質(zhì)片材、注塑制品及型材加工中，特別適合在半硬質(zhì)PVC用作內(nèi)潤(rùn)滑劑，并具有抗靜電、抗積垢作用。,3.脂肪酸及其金屬皂 直鏈脂肪酸及其相應(yīng)的金屬鹽具有多種功能，其

5、中硬脂酸和月桂酸常作為潤(rùn)滑劑使用。它們均為白色固體，無(wú)毒，主要由油脂水解而得。由于對(duì)金屬導(dǎo)線(xiàn)有腐蝕作用，一般不宜用于電線(xiàn)電纜等塑料制品。 常用作潤(rùn)滑劑的脂肪酸金屬皂主要是硬脂酸鹽，包括ZnSt、CaSt、PbSt和NaSt等。,4. 脂肪酸酰胺 用作塑料加工用潤(rùn)滑劑的脂肪酸酰胺主要是高級(jí)脂肪酸酰胺，其結(jié)構(gòu)和物性見(jiàn)表14-2。 此類(lèi)潤(rùn)滑劑由脂肪酸與氨直接反應(yīng)制備，大都兼具外部和內(nèi)部潤(rùn)滑作用。其中硬脂酸酰胺、油酸酰胺的外部潤(rùn)滑性?xún)?yōu)良，多用作PE、PP、PVC等的潤(rùn)滑劑和脫模劑，以及聚烯烴的滑爽劑和薄膜抗粘結(jié)劑等。,6.有機(jī)硅氧烷 俗稱(chēng)“硅油”，是低相對(duì)分子質(zhì)量含硅聚合物，因其具有很低的表面張力，較

6、高的沸點(diǎn)和對(duì)加工模具的惰性，常作為脫模劑使用。具有代表性的品種有聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷等。,7.聚四氟乙烯 PTFE適用于各種介質(zhì)的通用型潤(rùn)滑性粉末，可快速涂覆形成干膜，以用作石墨、鉬和其它無(wú)機(jī)潤(rùn)滑劑的代用品，適用于熱塑性和熱固性聚合物的脫模劑。,：,三、潤(rùn)滑劑在塑料中的應(yīng)用 考慮如下的幾個(gè)方面：潤(rùn)滑效能高而持久；與樹(shù)脂的相容性大小適中，內(nèi)部和外部潤(rùn)滑作用平衡，不噴霜，不結(jié)垢；表面張力小，黏度低，在界面處的擴(kuò)展性好，易形成界面層；不降低聚合物的力學(xué)強(qiáng)度及其它性能；本身的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)良，在高溫加工中不分解，不揮發(fā)，不與樹(shù)脂或其它助劑發(fā)生有害反應(yīng)；不腐蝕設(shè)備，不污染制品，無(wú)毒。,

7、（1）在PVC中的應(yīng)用 潤(rùn)滑劑在PVC的應(yīng)用最為廣泛。一般，UPVC需要約1%的潤(rùn)滑劑，特殊情況可到4%，而在軟PVC中，0.5%或少于0.5%就已足夠。在生產(chǎn)中，潤(rùn)滑劑選用一般由穩(wěn)定體系和加工方法來(lái)確定。 （2）在聚烯烴中的應(yīng)用 聚烯烴具有良好的加工性，一般無(wú)須潤(rùn)滑劑，但在加工過(guò)程中常根據(jù)需要添加一種或幾種潤(rùn)滑劑以進(jìn)一步提高加工性能。常用的有PE蠟、PP蠟、硬脂酸甘油酯、脂肪酰胺等。,第二節(jié) 阻燃劑 一、塑料的燃燒 1.塑料的燃燒過(guò)程 眾所周知，維持燃燒需要三個(gè)要素：可燃物、氧氣和熱能 。,二、阻燃劑及其作用機(jī)理 能阻止燃燒，降低燃燒速度或提高著火點(diǎn)的物質(zhì)稱(chēng)為阻燃劑，它是賦予可燃性材料阻燃性

8、的一類(lèi)助劑。它們大多是元素周期表中第V、VII和III族的元素的化合物，如第V族氮、磷、銻、鉍的化合物；第VII族氯、溴化合物；第III族硼、鋁化合物。此外，硅和鉬的化合物也可用作阻燃劑。其中最常用和最重要的是磷、溴、氯、銻和鋁化合物，很多有效的阻燃配方中都含有這些元素。,（1）保護(hù)膜機(jī)理 阻燃劑在燃燒溫度下形成了一層不燃燒的保護(hù)膜，覆蓋在材料上，隔離空氣而達(dá)到阻燃目的。 （2）不燃性氣體機(jī)理 阻燃劑能在中等溫度下立即分解出不燃性氣體，稀釋可燃性氣體，阻止燃燒發(fā)生。如含鹵阻燃劑即為此類(lèi)代表，有機(jī)鹵素化合物受熱后釋放出HX不燃性氣體。,（3）冷卻機(jī)理 阻燃劑在高溫時(shí)劇烈分解吸收大量熱能，降低了環(huán)

9、境溫度，從而阻止燃燒繼續(xù)進(jìn)行。此類(lèi)阻燃劑有氫氧化鋁和氫氧化鎂等。 三、塑料常用阻燃劑 1.無(wú)機(jī)阻燃劑 無(wú)機(jī)阻燃劑主要包括：氧化銻、水合氧化鋁（氫氧化鋁）、氫氧化鎂、硼化合物等。,（1）氫氧化鋁AI（OH）3 氫氧化鋁習(xí)慣上稱(chēng)為水合氧化鋁。 （3）三氧化二銻（Sb2O3） 它是無(wú)機(jī)阻燃劑中使用最為廣泛的品種。由于它單獨(dú)使用時(shí)效果不佳，常與有機(jī)鹵化物并用，起到協(xié)同作用，稱(chēng)為協(xié)效劑。它具有優(yōu)良的阻燃效果，可廣泛用于PVC和聚烯烴類(lèi)及聚酯類(lèi)等塑料中。但它對(duì)鼻、眼、咽喉具有刺激作用，吸入體內(nèi)會(huì)刺激呼吸器官，與皮膚接觸可以引起皮炎，使用時(shí)應(yīng)注意防護(hù)。,（4）硼化合物 主要品種有硼酸鋅和硼酸鋇。特別是硼酸鋅

10、，可作為氧化銻的替代品，與鹵化物有協(xié)同作用，阻燃性不及氧化銻，但價(jià)格僅為氧化銻的三分之一，所以用量逐年增長(zhǎng)。主要用于PVC、聚烯烴、UP、EP、PC、ABC等，最高可取代氧化銻用量的3/4。 2.有機(jī)阻燃劑 （1）有機(jī)鹵化物 主要品種有氯化石蠟、全氯戊環(huán)癸烷、PE-C、溴代烴、溴化醚類(lèi)等。,六溴環(huán)十二烷、六溴苯、十溴聯(lián)苯醚 、四溴雙酚A 等。 （2）有機(jī)磷化物 磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯二苯酯、磷酸三苯酯和磷酸三辛酯，三（2,3-二溴丙基）磷酸酯、磷酸三（2,3-二氯丙）酯 等。,：,四、阻燃劑在塑料中的應(yīng)用 一、阻燃劑在樹(shù)脂中應(yīng)具有良好的相容性和分散性； 二、阻燃劑的分解溫度需適應(yīng)塑料加工條件，

11、具有較好的熱穩(wěn)定性，在加工過(guò)程中不揮發(fā)、不分解，對(duì)成型設(shè)備和模具無(wú)腐蝕作用。 三、阻燃劑對(duì)塑料性能的影響 比較而言，阻燃劑用量較大，因而對(duì)塑料的力學(xué)性能影響最為突出。,第三節(jié) 抗靜電劑 抗靜電劑就是能防止或消除高分子材料表面靜電的一類(lèi)物質(zhì)。通常將其添加到樹(shù)脂中或涂覆于制品表面，可將聚合物的電阻率降低到1010cm以下，從而減輕聚合物在成型和使用過(guò)程中的靜電積累。,抗靜電劑一般都是表面活性劑，既帶有極性基團(tuán)，又帶有非極性基團(tuán)。常用的極性基團(tuán)（即親水基）有：羧酸、磺酸、硫酸、磷酸的陰離子、胺鹽、季胺鹽的陽(yáng)離子，以及OH、O等基團(tuán)；常用的非極性基團(tuán)（即親油基）有：烷基、烷芳基等。由此按抗靜電劑的結(jié)構(gòu)

12、一般分為陰離子型、陽(yáng)離子型、非離子型、兩性離子型和高分子型等類(lèi)別。如按使用方法，可將抗靜電劑分為外部抗靜電劑和內(nèi)部抗靜電劑兩大類(lèi)。,四、抗靜電劑的使用 （1）外部抗靜電劑的使用 該種抗靜電劑在使用時(shí)，一般用揮發(fā)性溶劑或水先調(diào)成濃度為0.1%2.0%的溶液。在保證抗靜電效果的前提下，溶液的濃度以稀一些為好，因?yàn)闈舛雀叩娜芤阂装l(fā)黏，吸附灰塵。,（2）內(nèi)部抗靜電劑的使用內(nèi)部抗靜電劑可得到持久的抗靜電性能。內(nèi)部抗靜電劑使用時(shí)需與樹(shù)脂混煉，因而要求抗靜電劑與樹(shù)脂有較好的相容性，但為了便于抗靜電劑向表面遷移，又要有一定的析出性。 （3）添加導(dǎo)電性物質(zhì)如導(dǎo)電炭黑、石墨、金屬的微纖維、碳纖維等，得到永久性抗靜

13、電劑塑料制品。但該類(lèi)物質(zhì)用量過(guò)少難以形成連續(xù)的導(dǎo)電通路，過(guò)多則影響材料的力學(xué)性能。,第四節(jié) 發(fā)泡劑 泡沫塑料質(zhì)輕，具有良好的隔熱、隔音、減震特性，因而有著極為廣泛的用途。發(fā)泡劑就是一類(lèi)能使處于一定黏度范圍內(nèi)的液態(tài)或塑性狀態(tài)的塑料、橡膠形成微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。它們可以是固體，液體或氣體。根據(jù)其在發(fā)泡過(guò)程中產(chǎn)生氣泡的方式不同，發(fā)泡劑可分為物理發(fā)泡劑與化學(xué)發(fā)泡劑兩大類(lèi)。,一、物理發(fā)泡劑 物理發(fā)泡劑是利用其在一定溫度范圍內(nèi)物理狀態(tài)的變化而產(chǎn)生氣體，它在使用過(guò)程中不發(fā)生化學(xué)變化。用作物理發(fā)泡劑的主要是一類(lèi)低沸點(diǎn)液體，常用的是脂肪烴、鹵代脂肪烴及低沸點(diǎn)的醇、醚、酮和芳香烴等。一般來(lái)說(shuō)，作為物理發(fā)泡劑使用的低沸

14、點(diǎn)液體，其沸點(diǎn)應(yīng)低于110。常用的物理發(fā)泡劑見(jiàn)表14-5。,二、化學(xué)發(fā)泡劑 化學(xué)發(fā)泡劑是指在發(fā)泡過(guò)程中通過(guò)化學(xué)變化產(chǎn)生氣體而達(dá)到發(fā)泡目的的物質(zhì)。 對(duì)于化學(xué)發(fā)泡劑而言，分解溫度和發(fā)氣量是其最重要的兩個(gè)性能指標(biāo)。 發(fā)泡劑的分解溫度一方面決定著一種發(fā)泡劑在各種聚合物中的應(yīng)用范圍，另一方面還影響著發(fā)泡成型的工藝條件。 常用發(fā)泡劑,常用化學(xué)發(fā)泡劑為AC：,偶氮二甲酰胺 分解溫度為195(空氣)，170210(樹(shù)脂)黃橙色細(xì)微粉末，自熄無(wú)毒 PVC，PE，PP，PS，ABS 。,第五節(jié) 非常用助劑 一、交聯(lián)劑 交聯(lián)是指在線(xiàn)型或支鏈型聚合物間通過(guò)化學(xué)鍵相連，而轉(zhuǎn)變?yōu)槿S網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的反應(yīng)，它是聚合物改性的一個(gè)重

15、要手段，甚至有些聚合物不經(jīng)交聯(lián)根本沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。凡能使聚合物在大分子鏈間生成化學(xué)鍵的物質(zhì)，稱(chēng)為交聯(lián)劑。在橡膠工業(yè)中交聯(lián)劑常被稱(chēng)為硫化劑、熟化劑，而在熱固性樹(shù)脂成型中常稱(chēng)為固化劑等,熱塑料性塑料常用交聯(lián)劑 以有機(jī)過(guò)氧化物主，如常用的過(guò)氧化二異丙苯（DCP）、過(guò)氧化苯甲酰（BPO）等。,二、成核劑 成核劑是用來(lái)提高結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶度，加快其結(jié)晶速度的一類(lèi)助劑。成核劑的作用機(jī)理大致有以下兩種：一是為大分子鏈段的成核提供成核表面，可極大地增加晶核的數(shù)目，提高結(jié)晶速度；二是成核劑能與大分子鏈段存在某種化學(xué)作用力，促使大分子鏈在其表面作定向排列而改變聚合物的結(jié)晶過(guò)程和結(jié)晶形態(tài)。,塑料常用的成核劑有三類(lèi)：

16、羧酸類(lèi)： 有苯甲酸、己二酸、二苯基醋酸等；金屬鹽類(lèi)：有苯甲酸鈉、硬脂酸鈣、醋酸鈉、對(duì)苯酚磺酸鈉、對(duì)苯酚磺酸鈣、苯酚鈉等品種；無(wú)機(jī)類(lèi)：有氮化硼、碳酸鈉、碳酸鉀以及粒徑在0.011m范圍的滑石、云母、二氧化鈦等填料。,四、防霧劑 防霧劑（又稱(chēng)流滴劑）就是為防止上述霧害而使用的一類(lèi)助劑。它們是一些帶有親水基的表面活性劑，可在塑料表面取向，疏水基向內(nèi)，親水基向外，從而使塑料表面凝結(jié)的細(xì)小水滴能迅速擴(kuò)散形成極薄的水膜或結(jié)成大水珠順薄膜流下，從而可避免小水珠的光散射所造成的霧化。,防霧劑的化學(xué)組成多數(shù)是脂肪酸與多元醇的部分酯化物，常用的多元醇是甘油、山梨糖醇等，常用的脂肪酸是C11C22的飽和酸或不飽和酸，C24以上的脂肪酸也可使用。如甘油單硬脂酸酯和甘油單油酸酯可作為聚烯烴和PVC的防霧劑，用量為0.51.5份。,五、抗菌劑 由微生物引起的霉變、腐敗變質(zhì)給人類(lèi)的勞動(dòng)生產(chǎn)和生活帶來(lái)很大的影響，造成了巨大損失。因此抗菌劑的開(kāi)發(fā)一直是人類(lèi)所關(guān)注的課題。迄今為止已開(kāi)發(fā)了數(shù)百種藥劑，廣泛地用于生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，在防止微生物引起的各種物品的腐敗，防治農(nóng)作物的