3 改善塑料加工性能的添加剂

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1、3改善塑料加工性能的添加剂有些塑料，如聚氯乙烯，由于玻璃化温度(Tg)较高，要使其成为流动性好的熔体去进行加工，需要较高的加工温度，而在这种温度下往往会发生物料的分解、焦化及粘壁等一系列现象，使加工无法进行。为了便于加工，在配方中需要加入一些能够改变熔体流变性能，如降低玻璃化温度(Tg)、熔体粘度，避免受热分解的添加剂。这类添加剂包括增塑剂、热稳定剂、润滑剂、脱模剂及加工助剂。增充剂由于与增塑剂并用，也归入此章中。改善加工性能用的添加剂，最先用于聚氯乙烯，现在已逐步扩展到其他塑料，特别是一些工程塑料中。改善塑料加工性能的助剂同样影响到塑料的物理性能。如，加入增塑剂后的制品(

2、软质PVC)就与不加或少加增塑剂的制品(硬质PVC)性能差别很大。3．1增塑剂和增量剂增塑剂是目前各种塑料添加剂中用量最大的品种之一，作用是增加聚合物体系中的塑性，主要用于则制品中，在软质刚中的用量可达到PVC质量的30％—50％。此外，在氯乙烯的共聚树脂、聚偏二氯乙烯、纤维素树脂、聚乙烯醇、ABS中也有应用。近来，还用于氯化聚醚、聚酰胺等塑料中。增塑剂的作用除改善PVC等的加工性能外，还有一个主要作用，是改变PVC塑料的物化性质。为了叙述方便，我们将其纳入第3章中。3．1．1增塑剂的作用当塑料温度超过它的玻璃化温度(Tg)，施加于其上的力超过它的弹性极限时，它就像粘性液体

3、—样地流动，塑料的这种性质称为可塑性。凡能与塑料互溶，在加进塑料后能使其玻璃化温度下降，并在使用温度内具有一定的柔软性的添加物质称为增塑剂。增塑剂的加入量愈大，塑料的玻璃化温度下降的幅度也愈大(见图3—1)。不言而喻、不同品种的增塑剂效果是不一样的。对于PVC而言，在一般情况下，增塑剂是必须使用的添加剂。在制造硬PVC制品时，加入增塑剂的主要目的是使塑化温度高的PVC的塑化温度降低，便于加工。在制造软质PVC制品时，还起着改变PVC物性目的作用。此外，玻璃化温度降低还可以使塑料的低温性能改善。故对于聚丙烯，加入增塑剂是改善其低温性能的方法之一。近来，在改善某些工程塑料(氯化

4、聚醚、聚乙烯醇及ABS中)，也有用添加增塑剂来改善耐低温性能或抗脆性能的。增塑剂分为内增塑剂及外增塑剂两类。外增塑剂即通常所称的增塑剂。内增塑剂系一些具有不饱和键的化合物，在聚合时能接枝到聚合物的基体上，从而使塑料改性。由于它涉及聚合而不是加工工艺，故在本书中不作介绍。与（外)增塑剂相比，它虽然使塑料熔融温度Tm的下降幅度大于外增塑剂，但使塑料玻璃化温度下降的幅度却不及后者(见图3—2)；而且在与被增塑的树脂中所占比例较大时，还会使塑料的耐候性变差，故其使用范围不及增塑剂广泛。图3-2内增塑剂(外)增塑剂对塑料Tg及Tm的影响3．1．2增塑剂的增塑机理增塑剂是一种含有极性基

5、团与非极性基团的分子，在大多数增塑剂中，还含有能够增加极性的一些具有共轭π电子体系的基团，如苯环等。现以邻苯二甲酸二(2-乙基己基)(辛)酯(DOP)为例加以说明：邻苯二甲酸二辛酯的分子式为：增塑剂的增塑作用主要依靠极性基团，当增塑剂受热进入聚合物分子之间后，它的极性基团与塑料分子的极性部分相互吸引，并在冷却后固定在该位置上，从而阻碍了聚合物的相互吸引并使它们容易“运动“(即消除了部分“结点”)，结果导致聚合物被塑化。非极性基团除了起遮蔽聚合物的作用外，同时还起润滑作用。图3-3示意绘出了PVC被塑化的机理。图3—3　PVC被塑化的示意图极性基团的极性不能太强或太弱。极性太

6、强的增塑剂，如磷酸三甲苯酯，它们虽然能增大被增塑高分子聚合物之间的距离，但不能减弱高分子间的分子力作用，即消灭“结点”的能力不强。而极性太弱，则难进入到高分子之间，因此，增塑效果也不理想。只有极性强度适中的增塑剂，才可以具有很好的增塑作用。近来的研究还表明，增塑作用不但与增塑剂分子的极性有关，而且与非极性碳链的长短有一定的关系。图3-4是在二元脂肪酸酯中烷基的碳原子数对聚乙烯醇缩丁酸树脂玻璃化温度(和Tg)的影响。从图3-4可见，烷基中碳原子数愈多，Tg愈低。这可能是非极性基团屏蔽了高分子的极性基团，减弱了高分子之间的敛集。但并非所有类型的增塑剂都是这样，决定增塑效果的最重

7、要参数是下节谈到的增塑剂与塑料的相容性。3．1．3增塑剂与塑料的相容性相容性是增塑剂最重要的性质之一，因为只有增塑剂分子溶入聚合物的分子之间才能使分子间的引力减弱而起到增塑作用。判断增塑剂与聚合物相容性的一个方法是，利用它们的溶解度参数δ。溶解度参数是物质内聚能的平方根值。两种组分溶解度参数的数值接近，表明它们的内聚能大小近似，这时增塑剂分子很容易进入高分子之间，也就是说，它们的相容性好。反之，则相容性差。当聚合物高分子的溶解度参数值与增塑剂的溶解度参数值相差在2．045(J／m3)1/2以内时，可认为两者之间的相