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工程塑料加工常用的15种助剂

塑料助剂又叫塑料添加剂,是聚合物(合成树脂)进行成型加工时为改善其加工性能或为改善树脂本身性能所不足而必须添加的一些化合物。例如,为了降低聚氯乙烯树脂的成型温度,使制品柔软而添加的增塑剂;又如为了制备质量轻、抗振、隔热、隔音的泡沫塑料而要添加发泡剂;有些塑料的热分解温度与成型加工温度非常接近,不加入热稳定剂就无法成型。因而,塑料助剂在塑料成型加工中占有特别重要的地位。用于塑料成型加工品的一大类助剂,包括增塑剂、稳定剂、阻燃剂、发泡剂、偶联剂、交联剂、成核剂、填充剂、润滑剂、脱模剂、着色剂、抗静电剂、抗菌剂等。

 

增塑剂

一些玻璃化温度较高的塑料,为了制取室温下的软质制品和改善加工时的熔融流动性能,就需要加入一定量的增塑剂。这些小分子量的油状的增塑剂与高聚物有良好的相溶性,它们分布在高分子链之间,降低了它们分子间的作用力,从而在一定温度和压力下容易使分子链运动,达到加工成型的目的。因此,增塑剂有降低塑料玻璃化温度及最低成型温度的作用。通常玻璃化温度的降低值与增塑剂的体积分量成正比。

增塑剂可分为主增塑剂和副增塑剂两大类:主增塑剂的特点是与树脂的相溶性好、塑化效率高、耐迁移、低挥发性、低的油(水)抽出性、低温柔性。副增塑剂的相溶性较差,主要是与主增塑剂一道使用以降低成本,所以也称增量剂。

 

稳定剂

我们都知道塑料制品在加工、贮存和使用过程中,在光、热、氧的作用下,会发生褪色、脆化、裂开的老化现象。为延缓和阻止老化现象的发生,必须加入稳定剂。主要用来防止热老化的,叫热稳定剂;主要用来防止氧化老化的,叫做抗氧剂;主要用来防止光老化的,叫做光稳定剂,它们统称为稳定剂。当今性能最优秀的塑料稳定剂是甲基锡热稳定剂(简称181),对硬质聚乙烯(PVC)的压延,挤塑,注塑和吹塑成型都非常有效。又由于它安全性高,所以特别用于食品包装和高清晰度的硬质聚乙烯制品,同时,它也被普遍应用于塑料门窗,上水管道,装饰材料中,以取代其他高毒性的塑料热稳定剂。它在美国,欧洲,日本得到了广泛的应用。近几年,181甲基锡热稳定剂在我国开始大量应用。

 

阻燃剂

减缓塑料燃烧性能的助剂称阻燃剂,根据阻燃机理的不同可分为四种类型:

与塑料的分解产物相结合而产生一种可闷火焰的气体,如三氧化锑与PVC分解时释放出来的氯化氢反应,即生成有熄火作用的三氯氧化锑。

吸收燃烧时产生的热量来冷却塑料,以减缓燃烧速率如氢氧化铝,氢氧化铝是阻燃剂中用的最普遍的一种:它起填料、灭烟剂、阻燃剂的作用,同时价格低廉、对聚合物性能影响又小,所以它获得应用的增长速率引人注目。

提供一种与氧气隔绝的涂层,如磷酸酯类,主要产品有磷酸三甲苯酯等,它们实际上也是一种有阻燃性能的增塑剂。

能产生阻止燃烧反应的游离基,这些游离基可与塑料反应生成燃烧性能较差的产物。

 

发泡剂

发泡剂是一类受热时会分解放出气体的有机化合物,这些气体留在塑料基材中便成为有许多细微泡沫结构的泡沫塑料。

作为一种良好的发泡剂应具备下列条件:短时间内放出气体,放气速度可以调节,分解放出的气体应是CO₂、N₂之类的惰性气体,在塑料中容易分散和分解,分解温度适当,分解时发热量不大,分解反应是不可逆的,发泡剂无毒等。发泡剂中应用最广的是偶氮二甲酰胺。

 

偶联剂

偶联剂是指能改善填料与高分子材料之间界面特性的一类物质。通常偶联剂的分子结构中存在两种官能团:一种可与高分子基体发生化学反应或有较好的相容性;另一种可与无机填料形成化学键。如;硅烷偶联剂,通式可写为RSiX3(R是与聚合物分子有亲和力和反应能力的活性官能团,如乙烯基、氯丙基、环氧基、甲基丙烯酰基、胺基和巯基等;X为能够水解的烷氧基,如甲氧基、乙氧基等)。增强剂或填料用偶联剂处理后,可使其表面获得一种化学改性,而在分散的无机相和连续的聚合物之间形成一种桥键,成为一种复合材料,提高增强剂或填料的作用,有机硅烷是最为广泛使用的偶联剂,而有机钛酸酯是一种更高效的偶联剂。

 

交联剂

交联剂主要用在高分子材料(橡胶与热固性树脂)中。因为高分子材料的分子结构是线性结构,没交联时强度低,易拉断,且没有弹性,交联剂的作用就是在线型的分子之间产生化学键,使线型分子相互连在一起,形成网状结构,这样提高橡胶的强度和弹性,橡胶中用的交联剂主要是硫磺,另外要加促进剂。一般的交联剂多指有机过氧化物,如聚乙烯的交联剂可使用过氧化二异丙苯。

 

成核剂

成核剂是适用于聚乙烯、聚丙烯等不完全结晶塑料,通过改变树脂的结晶行为,加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化,达到缩短成型周期、提高制品透明性、表面光泽、抗拉强度、刚性、热变形温度、抗冲击性、抗蠕变性等物理机械性能的新功能助剂。

 

增强材料和填料

在许多塑料中,增强材料和填料占有相当的比重,尤其是增强塑料和钙塑材料。主要目的是:为了提高塑料制品的强度和刚性,一般加入各种纤维材料或无机物。最常用的增强材料有:玻璃纤维、石棉、石英、炭黑、硅酸盐、碳酸钙、金属氧化物等。

 

润滑剂

高聚物在热加工过程中,往往要加入少量的润滑剂才能加工,达到脱模方便的目的。润滑剂可以分为内外两种:外润滑剂与内润滑剂。外润滑剂主要作用是使聚合物熔融体能顺利地离开加工设备的热金属表面而有利于它的流动,外润滑剂与聚合物的相溶性较差,只是在聚合物与金属的界面处形成薄薄的润滑剂层。内润滑剂与聚合物有良好的相溶性,能降低聚合物分子间的内聚力,从而有助于聚合物的流动和降低由内摩擦热所致的升温。最常用的外润滑剂是硬脂酸及其金属盐类,内润滑剂是低分子量的聚乙烯等。

 

脱模剂

脱模剂是一种介于模具和成品之间的功能性物质。脱模剂有耐化学性,在与不同树脂的化学成份(特别是苯乙烯和胺类)接触时不被溶解。脱模剂还具有耐热及应力性能,不易分解或磨损;脱模剂粘合到模具上而不转移到被加工的制件上,不妨碍喷漆或其他二次加工操作。由于注塑、挤出、压延、模压、层压等工艺的迅速发展,脱模剂的用量也大幅度地提高。

 

着色剂

着色剂是不能溶于普通溶剂化学物质,故要获得理想的着色性能,需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。无机颜料热稳定性、光稳定性优良,价格低,但着色力相对差,相对密度大;有机颜料着色力高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小,缺点为耐热性、耐候性和遮盖力等性质不如无机颜料。着色剂主要包括色母粒和荧光增白剂。

 

色母粒

色母粒是一种把超常量的颜料或染料均匀载附于树脂之中而制得的聚集体。其基本组成包括:颜料或染料、载体、分散剂、添加剂;具有以下优势:利于保持颜料的化学稳定性和颜色稳定性,提高颜料的分散性,操作简单,转色容易,环境干净,节省时间和原材料。

 

荧光增白剂

荧光增白剂是一种荧光染料,或称白色染料,也是一种复杂的有机化合物,它的特性是能激发入射光线产生荧光,使所染物质获得类似萤石的闪闪发光的效应,使肉眼看到的物质很白。按照荧光增白剂的母体分类,大致可将它们分为碳环类、三嗪基氨基二苯乙烯类、二苯乙烯-三氮唑类、苯并噁唑类、呋喃,苯并呋喃和苯并咪唑类、1,3-二苯基-吡唑啉类、香豆素类、萘酰亚胺类和杂类等九类。

 

抗静电剂

抗静电剂起着消除或减少塑料制品表面产生静电的作用。抗静电剂大多数是电解质,它们与合成树脂的相溶性有限,这样可以迁移至塑料表面,达到吸潮和消除静电的作用。

 

抗菌剂

随着人们安全意识的不断增强,越来越多的人开始购买抗菌类的塑料制品。而抗菌塑料中都会用到抗菌剂。抗菌剂指能够在一定时间内,使某些微生物(细菌、真菌、酵母菌、藻类及病毒等)的生长或繁殖保持在必要水平以下的化学物质。抗菌剂是具有抑菌和杀菌性能的物质。

 

消泡剂

塑料消泡剂也称塑料干燥剂、塑料消泡母料、一部分塑料原料或再生塑料常常会含有微量水分,如不消除,会在所加工的制品表面形成气泡或水纹,对制品的性能和外观造成影响。而利用电热干燥机械消除水分的传统工艺,需要提前干燥原料造成生产不便,存在着延长制品加工时间而导致生产效率低下,电量消耗、加工环境恶化、生产成本增加等不足之处塑料消泡剂是专为解决以PE、PP、ABS、PS、尼龙为原材料的塑料制品在加工过程中的水泡问题而开发的一种新型功能母料。该母料在塑料成型加工前,通过少量添加和简单的混合,而不用经过干燥过程,就可以成型加工,具有使用方便,提高生产效率,降低能耗的优点。

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