浅谈塑料助剂的应用技术

 一、成核剂 

    成核剂是一种用来改变聚丙烯结晶行为，进而改变其结晶形态、力学性能、热力学性能和光学性能的功能性助剂。

    1、聚丙烯成核剂HBP

    添加成核剂改性后的聚丙烯具有透明性好、光泽度高，力学性能和加工性能优良等特点，其使用范围也比较广泛。

    2、聚甲醛成核剂

    聚甲醛（POM）是一种具有优良综合性质的高结晶工程塑料。其强度和硬度高、刚性好，并且有良好的耐磨性和耐疲劳性，因而被用来代替有色金属和合金，广泛应用于汽车、电子电器、建筑、机械等行业。由于聚甲醛的结晶度高（一般结晶度超过60%），制品存在缺口，冲击强度低、成型收缩率大的缺点，与其他各种优异性能不匹配，需要进一步改进。改进聚甲醛材料的性能主要有两种方法：严格控制加工条件和加入成核剂。研究发现，结晶性高聚物的冲击强度与球晶的大小和分布有关。实验主要是通过在聚甲醛中加入成核剂，改变聚甲醛球晶的形态，减小其结晶尺寸和成型加工过程中的收缩率，提高其冲击性，优化聚甲醛性能，使其能满足一些特殊要求。

    二、抗氧化剂

    PP，PE，PS等塑料在制造、加工、储存和使用过程中，由于光氧、热等因素的作用，常常发生氧化降解，引起塑料劣化，致使塑料失去耐候性和耐久性，影响塑料的强度和外观。为了延长高分子材料的寿命，抑制或者延缓聚合物的氧化降解，通常使用抗氧剂。 

    1、主抗氧剂

    主抗氧剂又称自由基捕捉剂，是抗氧剂中起主要作用的一类。它能捕捉在聚合物热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），从而中止或减缓聚合物的热氧老化。

    2、辅助抗氧剂

    辅助抗氧剂又称氢过氧化物分解剂。它是一类能够将热氧化老化链反映中生成的聚合物氢过氧化物分解，使之生成失去活性的化合物，从而终止或减缓热氧老化的助剂。由于它与主抗氧化剂常有协同效应，并只在与主抗氧化剂并用时才能发挥最大的效果，故通称辅助抗氧剂。

    3、碳自由基捕捉剂

    碳自由基（即烷基自由基）通常在热氧化老化的链反应中，在无氧及高温的情况下生成。

    三、增塑剂

    增塑剂是现代塑料工业最大的助剂品种，对促进塑料工业特别是聚氯乙烯工业的发展起着决定性作用。凡能和树脂均混合，混合时不发生化学变化，但能降低物料的玻璃化温度和塑料成型加工时的熔体黏度，且本身保持不变，或虽起化学变化但能长期保留在塑料制品中并能改变树脂的某些物理性质，具有这些性能的液体有机化合物或低熔点的固体，均称为增塑剂。

 聚酯增塑剂由二元酸和二元醇通过缩合反应制得，种类主要有己二酸类聚酯和苯酐聚酯等。聚酯增塑剂与一般常用的增塑剂最大的不同在于具有较大的分子量。聚酯增塑剂的分子量可以与PVC相当，因此与PVC具有更好的相容性。更由于其挥发性低，耐油及耐脂肪族或芳香族碳氢化合物的抽出，在油漆与橡胶中耐迁移，且耐老化性能优异，与低分子量增塑剂相比，聚酯增塑剂具有耐抽出、耐高温和迁移性小等性能超群的特点，使它享有“永久性增塑剂”之称，是发展较快的一类增塑剂。

     四、热稳定剂

    1、稀土热稳定剂的热稳定机理

    稀土元素有众多的轨道可作为中心离子接受配位体的孤对电子，同时，稀土金属离子有较大的离子半径，与无机或有机配位体主要通过静电引力形成离子配键。PVC降解时释放的HCL反应有强烈的催化作用，普遍认为它是离子型机理催化反应的，有［CLHCL］－或［CL］－离子参与反应过程，而［CLHCL］－或［CL］－离可作为提供孤对电子的配位体，按照Pearson提出的“软硬酸碱原则”，硬碱氯离子与稀土金属离子易形成稳定的络合物。因此稀土原子与PVC链上的氯原子之间具有很强的配位络合能力，［CLHCL］－、［CL］－即不在参与催化脱HCL的反应，那么对PVC就起到了一定的稳定作用。

    2、抗氧剂F对聚甲醛热稳定作用

    聚甲醛（POM）作为一种综合性能优良的工程塑料，被广泛应用。但由于其特殊的分子结构，POM热稳定性较差。在其熔融加工过程中，易在热、氧作用下发生断链、按自由基型分解方式进行热降解，进而发生连续脱甲醛反映。通常加入抗氧剂来捕捉体系产生的自由基，中断整个体系自动氧化循环过程，起到抗氧稳定作用。目前，国内外POM生产应用中常用瑞士Ciba公司牌号为Irganoｘ259和Irganoｘ245的酚类抗氧剂，可大幅度提高POM的热稳定性。

    实验人员选用高相对分子质量受阻酚类抗氧剂F作为POM抗氧剂，除起到高效热稳定作用外，还能减少抗氧剂用量，降低POM生产成本。

    1）采用热失重率、热失重速率、平衡扭矩分析测试结果表明，抗氧剂Ｆ在用量为0.3~0.4时，对POM可达到与0.5%Irganoｘ245相当，甚至更好的热稳定效果。

    2）抗氧剂F能高效抑制POM树脂在高温加工过程中所引起的热、氧、应力作用降解，有效延长POM制品的长期热、氧寿命，并且较少用量的抗氧剂Ｆ（0.3%）热、氧稳定效能达到0.5%Irganoｘ245的水平，可将其推广应用于POM生产，进一步提高POM热稳定性，降低生产成本。

    五、阻燃剂

    阻燃聚氯乙烯在PVC中添加大量增塑剂，使之成为软PVC时，对它的阻燃处理就很有必要。除了阻燃剂外，抑烟也是PVC迫切需要解决的问题。

    1）慎重选用阻燃增塑剂——芳基磷酸酯、芳基－烷基磷酸酯，避免在增加阻燃性能的同时恶化了塑料的其他性能，特别要注意材料的低温柔顺性。

    2）抑烟剂。传统的抑烟剂有三氧化二钼、氢氧化镁、八钼酸铵等。添加钼系抑烟剂一般量在2%~3%之间，可降低30%~80%的生烟量，如与ATH、氢氧化镁或碳酸钙复合使用会有更好的效果。

 聚酯增塑剂由二元酸和二元醇通过缩合反应制得，种类主要有己二酸类聚酯和苯酐聚酯等。聚酯增塑剂与一般常用的增塑剂最大的不同在于具有较大的分子量。聚酯增塑剂的分子量可以与PVC相当，因此与PVC具有更好的相容性。更由于其挥发性低，耐油及耐脂肪族或芳香族碳氢化合物的抽出，在油漆与橡胶中耐迁移，且耐老化性能优异，与低分子量增塑剂相比，聚酯增塑剂具有耐抽出、耐高温和迁移性小等性能超群的特点，使它享有“永久性增塑剂”之称，是发展较快的一类增塑剂。

     四、热稳定剂

    1、稀土热稳定剂的热稳定机理

    稀土元素有众多的轨道可作为中心离子接受配位体的孤对电子，同时，稀土金属离子有较大的离子半径，与无机或有机配位体主要通过静电引力形成离子配键。PVC降解时释放的HCL反应有强烈的催化作用，普遍认为它是离子型机理催化反应的，有［CLHCL］－或［CL］－离子参与反应过程，而［CLHCL］－或［CL］－离可作为提供孤对电子的配位体，按照Pearson提出的“软硬酸碱原则”，硬碱氯离子与稀土金属离子易形成稳定的络合物。因此稀土原子与PVC链上的氯原子之间具有很强的配位络合能力，［CLHCL］－、［CL］－即不在参与催化脱HCL的反应，那么对PVC就起到了一定的稳定作用。

    2、抗氧剂F对聚甲醛热稳定作用

    聚甲醛（POM）作为一种综合性能优良的工程塑料，被广泛应用。但由于其特殊的分子结构，POM热稳定性较差。在其熔融加工过程中，易在热、氧作用下发生断链、按自由基型分解方式进行热降解，进而发生连续脱甲醛反映。通常加入抗氧剂来捕捉体系产生的自由基，中断整个体系自动氧化循环过程，起到抗氧稳定作用。目前，国内外POM生产应用中常用瑞士Ciba公司牌号为Irganoｘ259和Irganoｘ245的酚类抗氧剂，可大幅度提高POM的热稳定性。

    实验人员选用高相对分子质量受阻酚类抗氧剂F作为POM抗氧剂，除起到高效热稳定作用外，还能减少抗氧剂用量，降低POM生产成本。

    1）采用热失重率、热失重速率、平衡扭矩分析测试结果表明，抗氧剂Ｆ在用量为0.3~0.4时，对POM可达到与0.5%Irganoｘ245相当，甚至更好的热稳定效果。

    2）抗氧剂F能高效抑制POM树脂在高温加工过程中所引起的热、氧、应力作用降解，有效延长POM制品的长期热、氧寿命，并且较少用量的抗氧剂Ｆ（0.3%）热、氧稳定效能达到0.5%Irganoｘ245的水平，可将其推广应用于POM生产，进一步提高POM热稳定性，降低生产成本。

    五、阻燃剂

    阻燃聚氯乙烯在PVC中添加大量增塑剂，使之成为软PVC时，对它的阻燃处理就很有必要。除了阻燃剂外，抑烟也是PVC迫切需要解决的问题。

    1）慎重选用阻燃增塑剂——芳基磷酸酯、芳基－烷基磷酸酯，避免在增加阻燃性能的同时恶化了塑料的其他性能，特别要注意材料的低温柔顺性。

    2）抑烟剂。传统的抑烟剂有三氧化二钼、氢氧化镁、八钼酸铵等。添加钼系抑烟剂一般量在2%~3%之间，可降低30%~80%的生烟量，如与ATH、氢氧化镁或碳酸钙复合使用会有更好的效果。

  六、ACR加工助剂

    ACR加工助剂是以提高塑料（主要为PVC）塑化加工性能的一类聚合物型助剂，通常为由甲基丙烯酸甲酯（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加工过程中，ACR加工助剂通过增加热量和剪切力的传递促进PVC塑化，并使熔体均一。同时，ACR加工助剂与PVC相容性好，在加工过程中高分子量的ACR分子链能插入PVC分子链之间，起着“缠结”的作用，可以显著提高PVC熔体的粘性和弹性。

    目前，采用原位聚合技术、引入无机纳米粒子等，能真正提高ACR加工助剂的应用性能和PVC的性能。