塑料中常用的添加剂有哪些
塑料助剂在塑料中加入助剂的目的主要是为了改善加工性能,提高使用效能和降低成本。助剂在塑料用料中所占比例较少,但对塑料制品的质量却有很大影响。不同种类的塑料,因成型加工方法以及使用条件不同,所需助剂的种类和用量也不同。主要的助剂有以下几类:
1、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。
2、增塑剂
增塑剂能增加塑料的柔软性、延伸性、可塑性,降低塑料流动温度和硬度,有利于塑料制品的成型。常用的有苯二甲酸酯类、癸二酸酯类、氯化石蜡及樟脑等。我们最常见的是樟脑。
3、阻燃剂
能够提高塑料耐燃性的助剂叫做阻燃剂。含有阻燃剂的塑料大多数具有自熄性,或燃烧速率减缓等。常用的阻燃剂有氧化锑及铝、硼的化合物,卤化物和磷酸酯、四氯苯二甲酸酐、四澳苯二甲酸酐等。
4、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。
5、发泡剂
塑料发泡剂是一种在一定温度下可以气化的低分子有机物,如二氯二氟甲烷或者受热时会分解出气体的有机化合物。这些气体留在塑料基体中便形成有许多细微泡沫结构的泡沫塑料。常用的有偶氮化合物、亚硝基化合物等。
6、着色剂
着色剂用于塑料的着色。主要起美化、修饰作用。塑料制品中约有80%是经过着色后制成最终制品的。
7、润滑剂
润滑剂是为了改善塑料加热成型时的脱模性和提高制品的表面光洁度而加入的物质。常用的润滑剂有:硬脂酸及其盐类、石蜡、合成蜡等。
8、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。
添加剂主要有以下几种分类:
1、抗氧化剂(Antioxidant)
塑料中的不饱和双键受氧原子、热与光的侵袭而引起断裂产生自由基,由此引起连锁反应,使分子链断裂或形成链交联,而导致塑料成品的强度降低或变脆。抗氧化剂的功能就在于延缓塑料因氧化而分解,延长塑料产品的寿命。
塑料工业所用的抗氧化剂依功能可区分为:
(1)氧化连锁反应抑制剂:如烷基酚(Alkyl phenol)、丁基化 基甲苯(Butylated hydroxytoluene 简称BHT)、芳香胺类(Aromaticamines)、苯基–B-耐胺(Phenyl-B-Naphtylamine)、烷对锟(Alkyl quinone)、烯基双酚(Alkylene bisphenol)、烷基酚硫醚(Alkyl phenolthioether)、水杨酸苯指(Phenyl salicylate)等。
(2)过氧化物分解剂:如刘醇急硫醚系、硫丙酸酯(Thio propionate ester)、有机亚磷酸化合物(Organic phosphites)、二硫磺酸盐系等。
(3)重金属不活性化剂:如酰胺化物、联氨化物、芳香族胺系化合物等。
2、抗静电剂(Antistatic agent)
抗静电剂的主要功能是赋予塑料产生导电性,以使其避免因摩擦而造成静电的积存。常用的抗静电剂有四级铵盐(Quaternaryammoniumsalt)、乙氧化胺类、脂肪酸酯类与磺化腊类(Sulfonated wax)等。
3、发泡剂(Blowingagent)
塑料用发泡剂主要有三类:
①氮气、二氧化碳、及空气,直接压入塑料熔胶中使发泡;
②挥发性液体如丁烷、戊烷、石油醚、二氟二氯甲烷等,在升温后即挥发膨胀,而使塑料体发泡,常见的聚苯乙烯泡绵即属于这类型;
③分解性化学发泡剂,这类发泡剂一般为固体粉末,它们在加热时即分解放出气体(通常为氮或二氧化碳),而使塑料产生细胞状结构,并减轻重量。
该类发泡剂多为有机的偶氮化合物,如偶氮双甲酰胺(Azodicarbonamide)、偶氮双异丁晴(Azobisisobutyro-nitrile简称AIBN)。发泡的塑料主要有:ABS、PS、PVC、PU、EVA、PE、PP等。
4、阻燃剂(Flameretardant)
当添加难燃剂的塑料暴露于火焰时,能自行抑制火焰的蔓延,防止烟雾的形成,当火焰去掉时燃烧便会停止。
塑料使用的难燃剂原理大致可分三种:
(1)反应型(Reactivetype)的难燃剂可与氧反应形成惰性气体,笼罩在燃烧物四周,降低燃烧物氧气含量,以达到终止燃烧的目的。凡是燃烧时能产生CO、CO2、NH3及卤素化合物,如PVC、PU泡绵、聚酯或环氧树酯等均选用本法。
(2)非反应型(Non-Reactivetype)的难燃剂是含有卤素、磷、氮或硼的化合物,当发生燃烧时,就能分解出一种惰性物,披盖在塑料燃烧物表面,形成一层障碍物,以隔绝外界之氧气,达到耐燃之目的。
(3)含水氧化物如氧化铝的难燃剂遭遇燃烧时,可放出水气,吸收燃烧过程之热气,使燃烧物周围温度降低而达抑制火焰的蔓延,防止烟雾形成。
5、润滑剂(Lubricant)
滑剂可分为内部滑剂与外部滑剂,内部滑剂最主要的功能是改善树脂的内流动性,减少树脂分子链间的内摩擦,如脂肪酸脂类(硬脂酸单甘油酯);外部滑剂在降低树脂对加工机械之黏着,并提高产品表面的光滑易于脱模,如HoechstWax。
6、耐冲击改质剂(Impactmodifier)
耐冲击改质剂通常是具有特殊性的树脂以混炼(Compounding)方式添加,而改善塑料的耐冲击性。耐冲击改质剂常常影响到塑料的耐热性、流动性或加工性,选择时必须慎重。
7、增塑剂(Plasticizer)
绝大部分合成树脂具有可塑性,但可塑性的大小却不相同,为了使树脂易于塑化和赋予制品柔软性,一般在树脂中加入一些低分子物质,这些低分子物称为增塑剂。增塑剂是液体或低熔点物质,与树脂应有较好的混溶性。常用的增塑剂由邻苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。
8、着色剂(Coloring agent)
是为了美化和装饰塑料而在物料中加入的含色料的添加剂称为着色剂。
9、填料(Filling material)
是加于塑料的配合料中以降低成本,有时也可增进塑料的物理性能,如硬度、刚度及冲击强度的相对惰性的物质称为填料。最常用的填料有粘土、硅酸盐、滑石、碳酸盐等。
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。
1、增塑剂(塑化剂)
这是塑料领域最常听到的添加剂,前几年的台湾塑化剂事件似乎犹在耳边。
塑料如果从字面上理解就是可以塑形的材料,增塑剂也可理解为增加塑料的可塑性。
塑料的主体都是高分子,没有例外;高分子的基本概念其实就是说分子量特别大,微观上来理解的话就是具有非常非常长的分子链,最基本的形状就是蜈蚣那样。宏观来讲,密集恐惧症躲开,其他人可以想像一下成千上万条蜈蚣缠绕的感觉(脑子嗡地炸了,缓下先,还是换辫子做比喻吧,忽略侧链了);
辫子缠绕得太紧就不易变形了,所以要从麻花辫编成双马尾,首先就要把辫子稍微解开一些,对于高分子最常用的方法就是加热,然后重新把辫子扎起来——也就是定型,例如吹塑、挤出等方法。
可是高分子的性能各异,有些高分子在“解开”的过程中很容易变质,最突出的就是PVC,一般要加热到170度才能加工,可140度时这货就开始放出氯化氢了,也就是盐酸气,很让人不省心。我们想一想,如果头发睡了一觉醒来缠在一起梳不开该怎么办?或许有人会将此作为新发型顶着出去,但更多人会选择洗头。所以科学家们也想到这一招,往PVC里加点增塑剂,就可以在140度条件下进行加工了。
增塑剂的挑选也是一门学问,就像我们不可能用芝麻油洗头一个道理,PVC所用的增塑剂大部分都是邻苯二甲酸酯类,包括人人喊打的DEHP。既是谈作用,此处不再多说健康的话题了。
需要注意的是,由于增塑剂比较容易析出,影响产品质量,即便不析出,塑料的强度也下降了,所以塑料加工企业都是本着能不加就不加的态度,从用量来讲,PVC与PVDC两种塑料所用的增塑剂大概占到增塑剂行业的90%用量以上,也能从反面印证这一点。所以,对于“塑料都含塑化剂”的说法还是要抱着怀疑的眼光去看。
2、增韧剂
很容易与增塑剂混淆,有一些增塑剂确实也可当增韧剂这么用,这时因为两者的原理通常都是改变高分子的结晶性。但具体到产品参数而言,两者其实是不同的。
还是以头发来比喻,增塑剂相当于水,主要管的是加工过程,而增韧剂相当于护发素,主要管的是后面的应用过程。
有些塑料很脆,使用的时候跟玻璃一个感觉,摔地上就碎,显然应用起来不是很舒服,很多人喜欢塑料制品不就图个不容易摔坏么。增韧剂存在的任务就是为了解决这个问题。对于PVC塑料而言,增塑剂也是增韧剂,但其他塑料的增韧剂就五花八门了,有的直接就是用橡胶这样的高分子作为增韧剂。
3、抗氧剂
关心方便面食品健康问题的话,应该听说过BHT这种物质,前几年曾经被报导过。
BHT是最常见的酚类抗氧剂,塑料工业中使用得极为普遍,材料加工行业中这几乎是必需品。
塑料是有机高分子,分子其实是蛮脆弱的,如果高温状态下遇到氧气这样的流氓是很危险的,就好像穿着很简单的妙龄少女走到了夜深人静的大街上。我们都知道某些不该发生的事情罪魁祸首是氧气,跟高分子自己无关,但氧气势力实在太大,地球离不开它,所以只好给高分子多穿点衣服,也就是抗氧剂,真的遇到氧气的时候,脱下外套,然后金蝉脱壳,避免发生更坏的后果。
这基本就是抗氧剂的作用了。当然,现实中的氧化剂不只是氧气这一种。
4、阻燃剂
阻燃剂在塑料工业中的应用并不多,但确实很重要,如果我们的塑料加工行业都能按照标准生产阻燃性塑料,很多火灾的危害都会下降。所以还是再添一句私货:目前国内塑料加工行业的添加剂问题不仅仅是滥加,还有错加和少加的问题,而且后面两个问题更严重,添加剂对我们的保护作用绝对大于危害。
阻燃剂的作用就简单了,阻止燃烧速度,很多是含磷含氯的物质,快速生成自由基,从而阻止火源扩散。
5、着色剂
这个就更简单了:给塑料上色的作用。
但休要简单看待上色这个问题,性能与美观是塑料加工中最为重要的两个方向,性能决定用途,美观却决定利润,所以对于具体的企业来说,后者有时反而更受关注。如果我们看到一部手机,外壳的上色不均匀,很可能就不会去买,至于耐不耐摔,反正就算是在砸核桃神器的那个品牌柜台,我也没见过有人买手机的时候去试验外壳的强度。
关于着色剂还有很多不同的称呼:颜料、颜填料、染料、色浆、色母等,万幸的是,它们的含义都不一样——所以高分子专业的童鞋们,你们的记忆力还好吗?这里就不展开了。
6、增强剂(补强剂)
大多数时候口头称呼的填料也都是指增强剂,其作用就是增加塑料的强度。
强度不同于硬度,这一点要区分的,大多数塑料使用过程中都不要求硬度,但除了食品袋的撕口位置,一般塑料对强度的要求都很高。
大多数时候,增强剂同时还能降低塑料的成本,因为常用的增强剂,包括碳酸钙、滑石粉、石墨或炭黑,以及二氧化硅等都比较便宜。当然,这些物质能增强,靠的是它们与高分子直接的相互作用,不能无限添加,加多了强度也会下降。
它们一般也都无害。
7、交联剂
交联剂其实也能称作增强剂,因为对于最终成型的材料而言,它也起到了类似效果。
但与一般填料不同,交联剂与高分子之间发生的是化学反应。通过交联这样的化学反应,塑料的定型变得更加稳固。
如果还用前面的头发做例子,一般的定型就是用头绳扎了起来,一跑步可能就会松开,而交联剂就像夹子,作用力比较牢固。
8、光稳定剂
紫外光这种高能电磁波能让不少高分子出现断链现象,光稳定剂就是为了处理这个问题。
9、热稳定剂
与第8条类似,只是断链反应的能量来源变成高温。
10、发泡剂
吃过泡面吧,面是怎么泡起来的呢?当然不是发泡剂的功劳。
这里要说的是泡面盒,这种泡沫塑料是怎么来的。一般塑料都是实心的,要想做成像馒头一样的发泡塑料,显然不能靠酵母,怕是酵母也不可能在塑料加工工艺中生存——于是发泡剂就充当了这样一种酵母的作用,当然发泡机理就很多样了,常见的发泡气体有二氧化碳、氮气、氨气等。要描述清楚发泡工艺,足可写出一本书。
11、润滑剂
主要也是加工过程中使用,与增塑剂有点类似——增塑剂降低了分子间的摩擦力,而润滑剂不仅可以降低分子间摩擦力,还可以降低分子与容器间的摩擦力。
12、抗静电剂
与阻燃剂其实可以类比,也是一种用量不算大,但在特殊场合却极为重要,特别是电子元器件中,作用是为了降低塑料表面的静电积聚。
塑料添加剂按其特定功能可分为七大类:①改善加工性能的添加剂,如热稳
定剂、润滑剂等。②改善机械加工性能的添加剂,如增塑剂、增韧剂等。③改
善表面性能的添加剂,如抗静电剂、偶联剂等。④改善光学性能的添加剂,如
着色剂等。⑤改善老化性能的添加剂,如抗氧剂、光稳定剂等。⑥降低塑料成
本的添加剂,如增量剂、填充剂等。⑦赋于其他特定效果的添加剂,如发泡剂、
阻燃剂、防霉剂等。
添加剂是指分散在塑料分子结构中,不会严重的影响
塑料的分子结构,而能改善其性质或降低成本的化学物质。添加剂的加入,能
促使塑料改进基材的加工性、物理性、化学性等功能和增加基材的物理、化学
特性。
添加剂主要有以下几种分类:
1
、抗氧化剂(
Antioxidant
)塑料中的不饱和双键受氧原子、热与光的侵
袭而引起断裂产生自由基,由此引起连锁反应,使分子链断裂或形成链交联,
而导致塑料成品的强度降低或变脆。抗氧化剂的功能就在于延缓塑料因氧化而
分解,延长塑料产品的寿命。塑料工业所用的抗氧化剂依功能可区分为:(
1
)
氧化连锁反应抑制剂:如烷基酚(
Alkyl
phenol
)、丁基化基甲苯(
Butylated
hydroxytoluene
简称
BHT
)、芳香胺类(
Aromatic
amines
)、苯基–
B-
耐胺
(
Phenyl
–
B-Naphthylamine
)、烷对锟(
Alkyl
Quinone
)、烯基双酚
(
Alkylene
bisphenol
)、烷基酚硫醚(
Alkyl
phenolthioether
)、水杨酸
苯指(
Phenyl
salicylate
)等。(
2
)过氧化物分解剂:如刘醇急硫醚系、硫
丙酸酯(
Thio
propionate
ester
)、有机亚磷酸化合物(
Organic
phosphites
)、二硫磺酸盐系等。(
3
)重金属不活性化剂:如酰胺化物、联氨
化物、芳香族胺系化合物等。
2
、抗静电剂(
Antistatic
agent
)抗静电剂的主要功能是赋予塑料产生
导电性,以使其避免因摩擦而造成静电的积存。常用的抗静电剂有四级铵盐
(
Quaternary
ammonium
salt
)、乙氧化胺类、脂肪酸酯类与磺化腊类
(
Sulfonated
wax
)等。
3
、发泡剂(
Blowing
agent
)塑料用发泡剂主要有三类:①氮气、二氧化
碳、及空气,直接压入塑料熔胶中使发泡;②挥发性液体如丁烷、戊烷、石油
醚、二氟二氯甲烷等,在升温后即挥发膨胀,而使塑料体发泡,常见的聚苯乙
烯泡绵即属于这类型;③分解性化学发泡剂,这类发泡剂一般为固体粉末,它
们在加热时即分解放出气体(通常为氮或二氧化碳),而使塑料产生细胞状结
构,并减轻重量。该类发泡剂多为有机的偶氮化合物,如偶氮双甲酰胺
(
Azodicarbonamide
)
、
偶氮双异丁晴
(
Azobisisobutyro-nitrile
简称
AIBN
)
。
发泡的塑料主要有:
ABS
、
PS
、
PVC
、
PU
、
EVA
、
PE
、
PP
等。
4
、阻燃剂(
Flame
retardant
)当添加难燃剂的塑料暴露于火焰时,能自
行抑制火焰的蔓延,防止烟雾的形成,当火焰去掉时燃烧便会停止。塑料使用
的难燃剂原理大致可分三种:(
1
)反应型(
Reactive
type
)的难燃剂可与氧
反应形成惰性气体,笼罩在燃烧物四周,降低燃烧物氧气含量,以达到终止燃
烧的目的。凡是燃烧时能产生
CO
、
CO2
、
NH3
及卤素化合物,如
PVC
、
PU
泡绵、
聚酯或环氧树酯等均选用本法。(
2
)非反应型(
Non-Reactive
type
)的难燃
剂是含有卤素、磷、氮或硼的化合物,当发生燃烧时,就能分解出一种惰性物,
披盖在塑料燃烧物表面,形成一层障碍物,以隔绝外界之氧气,达到耐燃之目
的。(
3
)含水氧化物如氧化铝的难燃剂遭遇燃烧时,可放出水气,吸收燃烧过
程之热气,使燃烧物周围温度降低而达抑制火焰的蔓延,防止烟雾形成。
5
、润滑剂(
Lubricant
)滑剂可分为内部滑剂与外部滑剂,内部滑剂最主
要的功能是改善树脂的内流动性,减少树脂分子链间的内摩擦,如脂肪酸脂类
(硬脂酸单甘油酯);外部滑剂在降低树脂对加工机械之黏着,并提高产品表
面的光滑易于脱模,如
Hoechst
Wax
。
6
、耐冲击改质剂(
Impact
modifier
)耐冲击改质剂通常是具有特殊性的
树脂以混炼(
Compounding
)方式添加,而改善塑料的耐冲击性。耐冲击改质剂
常常影响到塑料的耐热性、流动性或加工性,选择时必须慎重。
7
、增塑剂(
plasticizer
)绝大部分合成树脂具有可塑性,但可塑性的大
小却不相同,为了使树脂易于塑化和赋予制品柔软性,一般在树脂中加入一些
低分子物质,这些低分子物称为增塑剂。增塑剂是液体或低熔点物质,与树脂
应有较好的混溶性。常用的增塑剂由邻苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸酯类、磷
酸酯类、氯化石蜡等。
8
、着色剂(
coloring agent
)是为了美化和装饰塑料而在物料中加入的含
色料的添加剂称为着色剂。
9
、填料(
filling material
)是加于塑料的配合料中以降低成本,有时也
可增进塑料的物理性能,如硬度、刚度及冲击强度的相对惰性的物质称为填料。
最常用的填料由粘土、硅酸盐、滑石、碳酸盐等。
2.多胺类抗氧化还原剂剂,阻止或减缓因为紫外线与空气中的湿气共同作用产生的氧化还原作用。
以上两类化学品种类/型号非常多,称为抗老化助剂,塑料的老化原因是由于在空气/湿气/紫外线的共同作用下发生的氧化还原反应引起,这种作用是持续性的并在整个过程中不断加速。
实验证明同时使用两种助剂的抗老化助剂效果最佳。
聚丙烯是一种热塑性塑料,比重轻,成品表面硬度大,弹性高,耐热性、化学稳定性、绝缘性良好,被广泛用于生产、生活的诸多领域。缺点是由于本身的分子结构规整度高,耐低温冲击性差。PP制品对缺口非常敏感,缺口冲击强度较低,近年来PP工程化应用引起研究者的重视,寻找PP的增韧研发的新途径也是研究者重点研发的项目。
四川浩丰塑胶助剂研究出橡胶或热塑性弹性体以弹性微粒状分散结构增韧PP是最早研究使用的一种增韧改性方法,最具有代表性的是 PP与乙丙橡胶(ethylene propylenerubber,EPR)、三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)和丁苯橡胶(styrene-butadiene-styrene terpolymer,SBS)等共混。橡胶的添加虽然给新材料带来了高韧性,但是,却同时降低了材料的模量、强度和热形变温度。茂金属催化剂的研发催生了乙烯-辛烯共聚物(ethylene-octene copolymer,POE)、乙烯-己烯共聚物(ethylene-1-hexene random copolymer,EHR)等聚烯烃共聚物的出现。