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塑料助劑的分類和作用

一、什么是塑料助劑
塑料助劑可以從廣義和狹義兩個(gè)方面解釋。廣義的塑料助劑是指在塑料制品加工成型過程中，所有添加在樹脂基體中，可用于降低制品成本、改善或賦予制品某項(xiàng)使用性能，或者是改善塑料制品的加工性，都可稱為塑料助劑。包括有機(jī)、無機(jī)、小分子和大分子。狹義的塑料助劑又稱為塑料添加劑，特指可以改善塑料加工性能或者是改善或賦予制品某項(xiàng)性能的化工原料。如潤滑劑、抗氧劑和阻燃劑等。在這里主要給大家介紹廣義上的塑料助劑。
二、常用塑料助劑分類
目前，塑料常用助劑大致分為以上三大類。狹義上的助劑其實(shí)就是指上圖中的加工助劑和功能助劑，并不包括填料。接下來，小編就給大家詳細(xì)的介紹每一類助劑。
1、塑料填料
填料，可根據(jù)添加時(shí)的用途可以分為三類：
(1)降低成本類：可分為有機(jī)填料和無機(jī)填料。常用的無機(jī)填料有CaCO3、滑石粉、硅灰石、BaSO4、高嶺土、元明粉、玻璃微珠等。常用的有機(jī)類填料主要為木粉、竹粉、果殼粉、貝殼粉及棉、麻和稻農(nóng)副產(chǎn)品的粉末等。
這類填料是塑料助劑中應(yīng)用最廣泛，消耗量最大的一類。除降低成本外，還可以改善制品的某些性能。如，無機(jī)類填充普遍可以改善塑料制品的剛性、耐熱性(無機(jī)填料)、尺寸穩(wěn)定性、降低成型收縮率及抗蠕變性等。有機(jī)類填充可補(bǔ)強(qiáng)、降低成型收縮率及提高尺寸穩(wěn)定性等，但是耐熱性較差。
(2)增強(qiáng)類填料：最常用的增強(qiáng)類填料有兩種：纖維類和晶須類。主要有：無機(jī)類(如玻璃纖維、碳纖維、石墨纖維、晶須、石英纖維及陶瓷纖維等);有機(jī)類(如PA纖維、芳綸纖維、聚酯纖維、超高分子量聚乙烯纖維等)。
這類填料是塑料最主要的增強(qiáng)材料，用量可占整個(gè)增強(qiáng)材料的90%以上。目前塑料增強(qiáng)改性中最為常用的是玻纖和碳纖，特別是在汽車輕量化方面，研究應(yīng)用較多。晶須多用于補(bǔ)強(qiáng)作用，常見的有CaCO3晶須和CaSO4晶須。
(3)增韌類填料：塑料的韌性常用其沖擊強(qiáng)度值大小來表示。沖擊強(qiáng)度是指試樣受沖擊破壞斷裂時(shí)，單位面積上所消耗的功。它用于評(píng)價(jià)材料抵抗外界沖擊的能力或判斷材料的脆性或韌性程度。沖擊強(qiáng)度越高，其韌性越好;反之，其脆性越大。增韌填料主要有橡膠和熱塑性彈性體兩類。
高抗沖橡膠主要有：乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈膠(NBR)、丁苯膠、天然膠、順丁膠、氯丁膠、聚異丁烯及丁二烯膠等。熱塑性彈性體有：乙烯-辛烯共聚物(POE)、SBS和SEBS等。
這類填料在增韌的同時(shí)，會(huì)降低制品的強(qiáng)度和剛性。所以，現(xiàn)在較為流行的方法是和剛性的無機(jī)納米粉體共同添加到樹脂基體中，進(jìn)行共混增韌改性。
2、加工類助劑
塑料加工類助劑，根究用途可以分為三類：
(1)潤滑劑：潤滑劑的作用是降低物料之間及物料和加工設(shè)備表面的摩擦力，從而降低熔體的流動(dòng)阻力，降低熔體粘度，提高熔體的流動(dòng)性，避免熔體與設(shè)備的粘附，提高制品表面的光潔度等。
潤滑劑按作用可分為內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑。實(shí)質(zhì)也就是我們通常說的增塑劑和脫模劑。只是在不同樹脂中叫法不一樣，如增塑劑通常是在pvc樹脂加工中應(yīng)用較多，實(shí)質(zhì)也是其內(nèi)潤滑的作用。內(nèi)、外潤滑劑的區(qū)分主要依其與樹脂的相容性大小。內(nèi)潤滑劑與樹脂親和力大，其作用是降低大分子間的作用力;外潤滑劑與樹脂的親和力小，其作用是降低樹脂與加工機(jī)械之間的摩擦。
常用的潤滑劑有飽和烴類(固體石蠟、液體石蠟、微晶石蠟和低分子量聚乙烯等)、金屬皂類(硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等)、脂肪族酰胺(EBS、油酸酰胺等)、脂肪酸類(硬脂酸、羥基硬脂酸)、脂肪酸酯類(PETS、單硬脂酸甘油酯、多硬脂酸甘油酯等)及脂肪醇類(硬脂醇、季戊四醇等)。
(2)熱穩(wěn)定劑：塑料在加工成型過程中，會(huì)因加熱、摩擦或剪切等產(chǎn)生熱量，或因塑料制品在使用過程中受熱而發(fā)生性能變壞。為了防止塑料受熱發(fā)生降解老化，需要添加一種使塑料在受熱時(shí)不會(huì)引起分解和變化的物質(zhì)，這種物質(zhì)就叫做熱穩(wěn)定劑。主要用于PVC樹脂的加工。
純PVC樹脂對(duì)熱極為敏感，當(dāng)加熱溫度達(dá)到90℃以上時(shí)，就會(huì)發(fā)生輕微的熱分解;當(dāng)溫度達(dá)到120℃后，即發(fā)生明顯的熱分解，使PVC樹脂顏色逐漸加深。PVC的熱降解機(jī)理十分復(fù)雜，但PVC的熱分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是由于脫HCl反應(yīng)引起的一系列反應(yīng)，最后導(dǎo)致大分子斷裂。
常用熱穩(wěn)定劑品種：鉛鹽類熱穩(wěn)定劑(三鹽基硫酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛、二鹽基硬脂酸鉛、堿式碳酸鉛等);金屬皂類熱穩(wěn)定劑(硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等);有機(jī)錫類熱穩(wěn)定劑(含硫有機(jī)錫類、有機(jī)錫羧酸鹽等);稀土熱穩(wěn)定劑。
(3)發(fā)泡劑：所謂發(fā)泡劑就是使對(duì)象物質(zhì)成孔的物質(zhì)，它可分為化學(xué)發(fā)泡劑和物理發(fā)泡劑和表面活性劑三大類�；瘜W(xué)發(fā)泡劑是那些經(jīng)加熱分解后能釋放出二CO2和N2等氣體，并在聚合物組成中形成細(xì)孔的化合物;物理發(fā)泡劑就是泡沫細(xì)孔是通過某一種物質(zhì)的物理形態(tài)的變化，即通過壓縮氣體的膨脹、液體的揮發(fā)或固體的溶解而形成的;發(fā)泡劑均具有較高的表面活性，能有效降低液體的表面張力，并在液膜表面雙電子層排列而包圍空氣，形成氣泡，再由單個(gè)氣泡組成泡沫。
3、功能性助劑
(1)防老化類助劑：是指抑制塑料制品在貯存、運(yùn)輸和使用過程中，因外界因素(光、熱、氧等，非機(jī)械因素)的作用下，大分子鏈降解，降低或喪失力學(xué)性能的過程。具有抑制高聚物分子鏈斷裂，延長塑料制品使用性能的物質(zhì)，統(tǒng)稱為防老劑。包括：光/熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、抗UV穩(wěn)定劑和抗水解劑。
①光穩(wěn)定劑/抗氧劑：塑料通常在光照，氧氣及熱的作用下會(huì)快速發(fā)生老化，從而導(dǎo)致：強(qiáng)度、剛度及韌性的下降;變色;出現(xiàn)劃痕，表面光澤下降。影響塑料制品的使用性能。需要加入光穩(wěn)定劑和抗氧劑抑制分子鏈的斷裂，延長制品的使用性能。
酚類抗氧劑作用機(jī)理
常用的抗氧劑有1010、168、1076，復(fù)合的有B215、B225等。光穩(wěn)定劑有770、622、944和783等。常用的抗UV穩(wěn)定劑有UV―531、UV―326和UV―327。
②抗水解劑：在潮濕、溫暖的環(huán)境下，水分子會(huì)破壞聚合物的大分子鏈，導(dǎo)致某些聚合物降解甚至失去任何性能的現(xiàn)象稱為“水解”。聚烴類對(duì)水分比較穩(wěn)定，浸在水溶液中到達(dá)平衡時(shí)含水量也很少。但是尼龍(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚酯(PET、PBT)等通過縮聚反應(yīng)生成的聚合物，含有大量的酰胺基、酯基、脲基、縮二脲基、氨基甲酸酯基等高極性基團(tuán)。它們在含水量不多和室溫的條件下，吸入的水分與極性基團(tuán)形成氫鍵，削弱了聚合物中自身分子之間的氫鍵，因而使聚合物的物理機(jī)械性能下降。這種作用是可逆的，當(dāng)水分去除后，性能可以得到恢復(fù)。然而在溫度較高和相對(duì)濕度較大時(shí)，水與聚合物分子鏈的極性基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)而引起降解。
為了有效地防止某些聚合物水解的產(chǎn)生，通常是向材料中加入水解穩(wěn)定劑，也稱為抗水解劑。水解穩(wěn)定劑的加入能有效地捕捉聚合物水解產(chǎn)生的羧基，生成穩(wěn)定無害的產(chǎn)物(如酰脲衍生物)，從而阻止聚合物進(jìn)一步水解。水解穩(wěn)定劑的品種較多，一般包括單(多)碳化二亞胺、噁唑啉類化合物、環(huán)氧化合物以及其他能終止水解的物質(zhì)。
(2)衛(wèi)生、安全性助劑：塑料制品最大的缺陷就是易燃，并且在燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生融滴，引發(fā)次生火災(zāi)。此外，塑料制品的導(dǎo)電性差，表面會(huì)堆積一層電荷，產(chǎn)生靜電吸引，使制品表面吸附大量的灰塵和細(xì)菌。所以，塑料制品一般需要加入阻燃劑、抗靜電劑和抗菌劑。保證塑料制品在使用過程的衛(wèi)生、安全性。
①阻燃劑：阻燃劑是一類能夠阻止塑料引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦�。高效安全的阻燃劑一般可以同時(shí)起到阻燃、抑煙、散熱、防滴落四個(gè)作用。根據(jù)其使用方法可分為添加型和反應(yīng)型兩類。
常用的阻燃劑分為四類：鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、無機(jī)阻燃劑和膨脹型阻燃劑。
②抗菌劑：抗菌劑指能夠在一定時(shí)間內(nèi)，使某些微生物(細(xì)菌、真菌、酵母菌、藻類及病毒等)的生長或繁殖保持在必要水平以下的化學(xué)物質(zhì)。
抗菌劑的抗菌作用一般分為殺菌和抑菌作用�？咕鷦┑臐舛群妥饔脮r(shí)間對(duì)抗菌作用有很大的影響。銀、銅、汞等金屬離子、強(qiáng)氧化劑主要起殺菌作用，有機(jī)抗菌劑則主要表現(xiàn)為抑菌作用。同一抗菌劑，低濃度常表現(xiàn)抑菌，高濃度則為殺菌。
③抗靜電劑：任何物體本身都帶有靜電荷，這種電荷可以是負(fù)電荷也可以是正電荷，靜電荷的聚集會(huì)使生活或者工業(yè)生產(chǎn)受到影響甚至危害，將聚集的有害電荷導(dǎo)引/消除使其不對(duì)生產(chǎn)/生活造成不便或危害的化學(xué)品稱為抗靜電劑。
抗靜電劑一般都具有表面活性劑的特征，結(jié)構(gòu)上極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)兼而有之。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、季銨鹽的陽離子，以及-OH、-O-等基團(tuán)，常用的非極性基團(tuán)(即親油基或疏水基)有：烷基、烷芳基等。從而形成了纖維工業(yè)常用的五種基本類型的ASA，即胺的衍生物，季銨鹽，硫酸酯、磷酸酯以及聚乙二醇的衍生物。
4、外觀使用性能
塑料制品在日常生活中，無處不在。它們形狀各異，色彩繽紛。各色各樣的塑料制品也給我們的生活帶了不一樣的色彩。這全都?xì)w功于塑料著色劑。
著色劑使塑料改變固有的吸收及反射光波的特性。它可以是有機(jī)或無機(jī)的，可以是天然的或合成的。顏料是不能溶于普通溶劑的著色劑，故要獲得理想的著色性能，需要用機(jī)械方法將顏料均勻分散于塑料中。無機(jī)顏料熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性優(yōu)良，價(jià)格低，但著色力相對(duì)差，相對(duì)密度大;有機(jī)顏料著色力高、色澤鮮艷、色譜齊全、相對(duì)密度小，缺點(diǎn)為耐熱性、耐候性和遮蓋力方面不如無機(jī)顏料。
5、其他性能助劑
除了上述這些助劑之外，塑料在加工成型過程中的助劑還有很多，如相容劑、偶聯(lián)劑、成核劑和防霧劑等。這些助劑，在塑料制品的使用性能方面都有著及其重要的作用。
①相容劑：相容劑又稱增容劑，是指借助于分子間的鍵合力，促使不相容的兩種聚合物結(jié)合在一體，進(jìn)而得到穩(wěn)定的共混物的助劑。塑料合金和木塑產(chǎn)品中使用較多。
以abs為例，直接將兩種材料共混得到“ABS”一定不是你想要的，因?yàn)樗男阅芤凰�。為什么�?huì)有這樣的差別呢?這就涉及到了高分子合金的關(guān)鍵技術(shù)——相容化技術(shù)。就ABS而言，大家可能知道他的生產(chǎn)方式是首先聚合得到的PB膠粉，然后以它為種子，另加丙烯腈和苯乙烯單體，接枝在PB膠粉上。這樣在PB膠粉的表面其實(shí)是PB-g-AS這種聚合物。而這種聚合物將兩種原本不相容的聚合物結(jié)合在一起，改善了原來體系的性能。相容劑一般是接枝聚合物。
②偶聯(lián)劑：是一類具有兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們分子中的一部分基團(tuán)可與無機(jī)表面的化學(xué)基團(tuán)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合;另一部分基團(tuán)則有親有機(jī)物的性質(zhì)，可與有機(jī)分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或產(chǎn)生較強(qiáng)的分子間作用，從而將兩種性質(zhì)截然不同的材料牢固地結(jié)合起來。
一般是用來改善無機(jī)填料在聚合物基體中的分散狀態(tài)，提高填充聚合物材料的力學(xué)性能和使用性能。常用的有硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑以及復(fù)合偶聯(lián)劑。目前的超分散劑，其實(shí)也是這種概念。
③成核劑：核劑是適用于聚乙烯、聚丙烯等不完全結(jié)晶塑料，通過改變樹脂的結(jié)晶行為，加快結(jié)晶速率、增加結(jié)晶密度和促使晶粒尺寸微細(xì)化，達(dá)到縮短成型周期、提高制品透明性、表面光澤、抗拉強(qiáng)度、剛性、熱變形溫度、抗沖擊性、抗蠕變性等物理機(jī)械性能的功能助劑。
④防霧劑：透明的塑料薄膜、片材或板材，在潮濕環(huán)境中，當(dāng)濕度達(dá)到露點(diǎn)以下時(shí)，會(huì)在其表面凝結(jié)一層細(xì)微水滴，使表面模糊霧化，阻礙了光波的透過，例如利用薄膜包裝產(chǎn)品時(shí)，也會(huì)因結(jié)霧而看不見內(nèi)裝物，而且產(chǎn)生的霧滴還容易造成內(nèi)裝物的腐爛損壞。因此，為了提高產(chǎn)品的適用壽命，需要加入一定量的防霧劑。
防霧劑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，從而使水易于濕潤塑料表面，凝結(jié)的細(xì)水滴能迅速擴(kuò)散形成極薄的水層或大水珠順薄膜流下來。這樣就可避免小水珠的光散射所造成的霧化，防止凝結(jié)的水滴灑落到被包裝物上面，損害被包裝物。

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