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塑料助劑應(yīng)用技術(shù)

日期:2024-12-21 16:11
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摘要:
一、成核劑

  成核劑是一種用來改變聚丙烯結(jié)晶行為,進(jìn)而改變其結(jié)晶形態(tài)、力學(xué)性能、熱力學(xué)性能和光學(xué)性能的功能性助劑。

  1、聚丙烯成核劑 HBP

  添加成核劑改性后的聚丙烯具有透明性好、光澤度高,力學(xué)性能和加工性能優(yōu)良等特點(diǎn),其使用范圍也比較廣泛。成核劑對聚丙烯熱力學(xué)性能和光學(xué)性能影響的結(jié)果如表1所示。

  從表 1 可以看出添加成核劑HBP后,材料熱變形溫度提高了23%,結(jié)晶溫度提高了 21%,而霧度則降低了60%,有效地改善了聚丙烯的熱力學(xué)性能和光學(xué)性能[1]。

  2、聚甲醛成核劑

  聚甲醛(POM)是一種具有優(yōu)良綜合性質(zhì)的高結(jié)晶工程塑料。其強(qiáng)度和硬度高、剛性好,并且有良好的耐磨性和耐疲勞性,因而被用來代替有色金屬和合金,廣泛應(yīng)用于汽車、電子電器、建筑、機(jī)械等行業(yè)。由于聚甲醛的結(jié)晶度高(一般結(jié)晶度超過60%),制品存在缺口,沖擊強(qiáng)度低、成型收縮率大的缺點(diǎn),與其他各種優(yōu)異性能不匹配,需要進(jìn)一步改進(jìn)。改進(jìn)聚甲醛材料的性能主要有兩種方法:嚴(yán)格控制加工條件和加入成核劑。研究發(fā)現(xiàn),結(jié)晶性高聚物的沖擊強(qiáng)度與球晶的大小和分布有關(guān)。實(shí)驗(yàn)主要是通過在聚甲醛中加入成核劑,改變

  聚甲醛球晶的形態(tài),減小其結(jié)晶尺寸和成型加工過程中的收縮率,提高其沖擊性,優(yōu)化聚甲醛性能,使其能滿足一些特殊要求[2]。

  二、 抗氧化劑

  PP,PE,PS等塑料在制造、加工、儲存和使用過程中,由于光\氧、熱等因素的作用,常常發(fā)生氧化降解,引起塑料劣化,致使塑料失去耐候性和耐久性,影響塑料的強(qiáng)度和外觀。為了延長高分子材料的壽命,抑制或者延緩聚合物的氧化降解,通常使用抗氧劑。

  1、主抗氧劑

  主抗氧劑又稱自由基捕捉劑,是抗氧劑中起主要作用的一類。它能捕捉在聚合物熱氧化老化中生成的含氧自由基(·OH,RO·,ROO·)和碳自由基(但效果差),從而中止或減緩聚合物的熱氧老化。

  2、輔助抗氧劑

  輔助抗氧劑又稱氫過氧化物分解劑。它是一類能夠?qū)嵫趸匣湻从持猩傻木酆衔餁溥^氧化物分解,使之生成失去活性的化合物,從而終止或減緩熱氧老化的助劑。由于它與主抗氧化劑常有協(xié)同效應(yīng),并只在與主抗氧化劑并用時(shí)才能發(fā)揮*大的效果,故通稱輔助抗氧劑。

 3、碳自由基捕捉劑

  碳自由基(即烷基自由基)通常在熱氧化老化的鏈反應(yīng)中,在無氧及高溫的情況下生成[3]。

  三、增塑劑

  增塑劑是現(xiàn)代塑料工業(yè)*大的助劑品種,對促進(jìn)塑料工業(yè)特別是聚氯乙烯工業(yè)的發(fā)展起著決定性作用。凡能和樹脂均混合,混合時(shí)不發(fā)生化學(xué)變化,但能降低物料的玻璃化溫度和塑料成型加工時(shí)的熔體黏度,且本身保持不變,或雖起化學(xué)變化但能長期保留在塑料制品中并能改變樹脂的某些物理性質(zhì),具有這些性能的液體有機(jī)化合物或低熔點(diǎn)的固體,均稱為增塑劑。

  聚酯增塑劑由二元酸和二元醇通過縮合反應(yīng)制得,種類主要有己二酸類聚酯和苯酐聚酯等。聚酯增塑劑與一般常用的增塑劑*大的不同在于具有較大的分子量。聚酯增塑劑的分子量可以與PVC相當(dāng),因此與PVC具有更好的相容性。更由于其揮發(fā)性低,耐油及耐脂肪族或芳香族碳?xì)浠衔锏某槌?,在油漆與橡膠中耐遷移,且耐老化性能優(yōu)異,與低分子量增塑劑相比,聚酯增塑劑具有耐抽出、耐高溫和遷移性小等性能超群的特點(diǎn),使它享有“長久性增塑劑”之稱,是發(fā)展較快的一類增塑劑。

  四、熱穩(wěn)定劑

  1、稀土熱穩(wěn)定劑的熱穩(wěn)定機(jī)理

  稀土元素有眾多的軌道可作為中心離子接受配位體的孤對電子,同時(shí),稀土金屬離子有較大的離子半徑,與無機(jī)或有機(jī)配位體主要通過靜電引力形成離子配鍵。PVC降解時(shí)釋放的 HCL 反應(yīng)有強(qiáng)烈的催化作用,普遍認(rèn)為它是離子型機(jī)理催化反應(yīng)的,有 [CLHCL] - 或 [CL] -離子參與反應(yīng)過程,而 [CLHCL] - 或 [CL] - 離可作為提供孤對電子的配位體,按照 Pearson提出的“軟硬酸堿原則”,硬堿氯離子與稀土金屬離子易形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。因此稀土原子與 PVC  鏈上的氯原子之間具有很強(qiáng)的配位絡(luò)合能力, [CLHCL] - 、 [CL] - 即不在參與催化脫 HCL的反應(yīng),那么對PVC   就起到了一定的穩(wěn)定作用。

  2、抗氧劑 F 對聚甲醛熱穩(wěn)定作用

  聚甲醛(POM)作為一種綜合性能優(yōu)良的工程塑料,被廣泛應(yīng)用。但由于其特殊的分子結(jié)構(gòu),POM熱穩(wěn)定性較差。在其熔融加工過程中,易在熱、氧作用下發(fā)生斷鏈、按自由基型分解方式進(jìn)行熱降解,進(jìn)而發(fā)生連續(xù)脫甲醛反映。通常加入抗氧劑來捕捉體系產(chǎn)生的自由基,中斷整個(gè)體系自動氧化循環(huán)過程,起到抗氧穩(wěn)定作用。目前,國內(nèi)外POM生產(chǎn) 應(yīng) 用 中 常 用 瑞 士 Ciba 公 司 牌 號 為Irganox259 和 Irganox245 的酚類抗氧劑,可大幅度提高POM的熱穩(wěn)定性,但其用量大,價(jià)格較昂貴其對POM對熱失重率的影響如圖 1所示。

 趙曉文等人選用高相對分子質(zhì)量受阻酚類抗氧劑 F作為POM抗氧劑,除起到高效熱穩(wěn)定作用外,還能減少抗氧劑用量,降低POM生產(chǎn)成本。
  1)采用熱失重率、熱失重速率、平衡扭矩分析測試結(jié)果表明,抗氧劑 F 在用量為 0.3~0.4時(shí),對 POM可達(dá)到與0.5%Irganox245   相當(dāng),甚至更好的熱穩(wěn)定效果。
  2)抗氧劑 F能高效抑制POM樹脂在高溫加工過程中所引起的熱、氧、應(yīng)力作用降解,有效延長POM制品的長期熱、氧壽命,并且較少用量的抗氧劑F(0.3%)熱、氧穩(wěn)定效能達(dá)到0.5%Irganox245 的水平,可將其推廣應(yīng)用于 POM生產(chǎn),進(jìn)一步提高POM熱穩(wěn)定性,降低生產(chǎn)成本。

  五、阻燃劑

  阻燃聚氯乙烯在PVC中添加大量增塑劑,使之成為軟PVC時(shí),對它的阻燃處理就很有必要。除了阻燃劑外,抑煙也是 PVC迫切需要解決的問題。

  1)慎重選用阻燃增塑劑— —芳基磷酸酯、芳基-烷基磷酸酯,避免在增加阻燃性能的同時(shí)惡化 了塑料的其他性能,特別要注意材料的低溫柔順性。

  2)抑煙劑。傳統(tǒng)的抑煙劑有三氧化二鉬、氫氧化鎂、八鉬酸銨等。添加鉬系抑煙劑一般量在2%~3%之間,可降低30%~80%的生煙量,如與ATH、氫氧化鎂或碳酸鈣復(fù)合使用會有更好的效果。

  六、ACR加工助劑

  ACR加工助劑是以提高塑料(主要為PVC)塑化加工性能的一類聚合物型助劑,通常為由甲基丙烯酸甲酯(MMC)和丙烯酸酯乳液共聚而成的高分子量聚合物(或包含少量苯乙烯等其他成分)。在PVC加工過程中,ACR加工助劑通過增加熱量和剪切力的傳遞促進(jìn) PVC 塑化,并使熔體均一。同時(shí),ACR加工助劑與 PVC相容性好,在加工過程中高分子量的ACR 分子鏈能插入 PVC分子鏈之間,起著“纏結(jié)”的作用,可以顯著提高PVC熔體的粘性和彈性[4]。

  目前,采用原位聚合技術(shù)、引入無機(jī)納米粒子等,能真正提高ACR加工助劑的應(yīng)用性能和 PVC的性能。

  七、總結(jié)

  塑料用助劑和添加劑是加工和生產(chǎn)具有預(yù)期性能的塑料制品的必須材料,正是塑料用助劑和添加劑的快速發(fā)展為塑料制品的生產(chǎn)提供了必要條件,極大地豐富了塑料制品的種類,增加了塑料材料的功能性,塑料材料與制品應(yīng)用的廣度和深度達(dá)到**程度。塑料品種的增加和塑料制品多方位實(shí)用性的要求,使塑料助劑和添加劑的研制、開發(fā)和生產(chǎn)取得了重大進(jìn)展。相信經(jīng)過科研人員的不懈努力,中國助劑行業(yè)一定會跨入一個(gè)新的發(fā)展階段。

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