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1、196 2001 年塑料高新科技成果交流会论文集工程塑料助剂的功效与选择陈宇 庄严 王朝晖(北京市化学工业研究院 北京 100084)摘要本文阐述了选择塑料助荆应遵循的若干原则和应考虑的若干因素，探讨了保障助剂功效发挥的若 干条件，并列举了一些工程塑料专用助剂品种关键词塑料助荆 功效选择前言塑料助剂。顾名思义，是一类可保证高聚物树脂通过加工关或赋予塑料制品特定功能的添加剂。 尽管有一些反应型塑料助剂，但施用广泛的仍是添加型塑料助剂。塑料因其自身结构特点决定了其分类，如：聚烯烃、聚酯、聚酰胺等等：又因其用途不同决 定了对其功能需求不同；其应用行业不同也要求其适用性不同；如此种种。塑料的品种、功能
2、、用 途等等要求助剂的选用要与之相适应。通常助剂的选用取决于塑料制品的生产加工和最终的使用要求。与之相对应，助剂可分为加工助 剂和功能助剂。凡在塑料制品生产过程中，可保障树脂抵御热、氧、剪切等因素破坏，或改善树脂 的加工性的助剂统称为加工助剂，如：抗氧剂、热稳定剂、润滑剂等。可赋予翅料某一特定功能 或使用性的助剂称为功能助剂，如：抗静电剂、防老化助剂、阻燃剂、爽滑剂、抗菌剂等。根据树脂的结构与加工特点、功能性要求，选定了助剂的品种，并不足以保证塑料制品加工性 和功能性的充分发挥，不同的性能要求必须有不同的生产配方、生产工艺、使用环境等与之相对应。 助剂的选择与功效的发挥不可能一言概之。一、塑料
3、助剂的选择高聚物树脂因结构特点不同表现出不同的加工特点，如：热塑性热固性，结品性非结晶性。 不同类树脂的加工方式不同，同一类树脂又因最终制品用途不同，加工成型方式也不同，如：吹塑、 注塑、搪塑、滚塑、浇注、压延、挤出等等，同类塑料制品因其应用行业不同，对功能性的要求 也不同。需用的功能助剂则不同。因此，塑料助剂的选择尤为关键。本着不同的加工性和功能性目标选用助剂，往往是一个目标对应一种助剂。多性能目标是对塑料制品的要求，但多种助剂混合在一起，性能并不一定能够协同发挥，有时存在反协同作用，甚至会劣化制品的基础物理一机械性能。因此，助剂的选择应慎重进行。 选用助剂，通常应遵循如下几个原则；1、在既
4、定的配方体系和加工工艺中，能够成分发挥自身功效：2、不劣化或最小限度地影响基础树脂的基本物理一机械性能；3、不劣化或最小限度地影响其他助剂功效的发挥。与其他助剂有协同效应更佳；4、对加工设备、使用环境无不良影响。 按上述原则，具体选用助剂时应重点考虑如下几个方面因素：2001 年塑料高新科技成果交流会论文集 197(一 )、热稳定性塑料制品大都是热成型的，助剂自身的热稳定性应保证其在塑料制品加工过程中少损失、不变 质、不分解 (发泡剂除外 )，挥发产物对加工设备、操作人员和环境无害，即助剂应顺利通过加工 关。同一类加工助剂或功能助剂有许多品种，并非每一个品种都适于各种塑料或多种塑料。这种非适
5、用性集中表现形式之一就是与基础树脂热行为的不匹配性。这种热行为的不匹配造成塑料加工失败的事 例举不胜举。如：有些工程塑料加工中选用了通用塑料的加工用助剂，最后在挤出机中因助剂分解发泡而难以成型，功能的发挥无从谈起。热稳定性较低的抗静电剂用于BOPP薄膜生产，模头中产生大量刺激性蓝烟，危害操作环境、制品质量和性能。 诚然，对于某些助剂而言，助剂自身的热稳定性过高，也有可能限制其功能的发挥。如：发泡剂的分解温度高于发泡成型温度，阻燃剂在被阻燃基材受热分解时仍不能产生捕获自由基，阻断燃 烧链反应的有效物质或活性自由基等。(二 )、与基础树脂的相容性选用助剂，除考虑其必备的功效外，还必须从基础树脂与助
6、剂结构的相似性与差异性入手，判 断二者的相容性。助剂与基础树脂相容性好，才不会恶化 (有可能提高 )基材的基本物理一机械性 能，还可提高耐迁移性、耐抽提性。判断二者相容性的依据多遵循相似相容原理。结构相近，极性相近，分子量相近等因素均有利于相容性的提高。对于那些与基础树脂相容性不佳，难以提高添加量 的助荆，必须设法提高或改善其相容性。如采用相容剂，或采用偶联剂表面活化处理，或是微胶囊 化处理等。1、结构相近 合成树脂的结构种类有限，助剂的结构繁杂。并非每种高聚物选择助剂都要挑选与其结构相近的品种，也不可能都选的到。但是，结构与基础树脂相近的助剂确实能提高助剂的功效和制品的综合性 能。例如，具有
7、酰胺结构的抗氧剂 1 098用于尼龙，稳定效果远优于抗氧剂 lOl0 ，耐萃取性也明显 好于后者。而 1 098用于聚烯烃或聚酯，则无任何优势可言。2、极性相近 极性的差异是直接影响助剂与基础树脂相容性的显效因素。助剂与基材树脂极性不匹配，导致相容性不佳。表现为制品物理一机械性能下降、助剂析出、表面起霜、助剂功效的持久性缩短、制品 变色、影响制品的再加工工艺等。判断二者极性是否匹配。仍以相似相容原理为依据。非极性或弱极性 高聚物应选择非极性助剂，而极性高聚物应选择极性助剂。例如，阳离子抗静电剂用于 PVC，效果显著； 而用于 PE或 PP，则达不到预期效果。又如，生产农用 PVC棚膜，流滴剂添
8、加量可达 34；生产 EVA棚 膜；流滴剂添加量 1 5-2 5：而生产 PE棚膜，流滴剂仅能添加 1 21 8。否则棚膜表面很快便产生一 层白色析出物。3、分子量相近 高分子量的聚合物与低分子量的单分子型助剂在分散行为、熔融行为、结晶行为等很多方面难以同步。直接影响助剂在高聚物中的分散、迁移和耐抽提性，也直接影响助剂功能及其持效性的发挥。 助剂高分子量化是缩短这种差距。提高相容性的有效措施之一。高分子量助剂有聚合型和大分子型两 种。如大分子型抗氧剂 1010 比低分子量抗氧剂 1076 的耐水解能力、耐抽提性、与各类树脂的相容 性、抗氧化功能的持久性均有明显提高。聚合型受阻胺光稳定剂 944
9、、 622、 3346 、 HA88 、 N30等 与聚烯烃的相容性均优于低分子量单分子型光稳定剂 770、 GW一 540等，毒性也明显降低。4、提高相容性措施采用上述三个原则选择助剂固然必要，但事实上的每种选择并非都能满足功能要求。为强化提高198 2001年塑料高新科技成果交流会论文集HI!巴 !竺 !竺 !竺 !竺 !助剂与树脂的相容性，有时还必须采用其他措施。如采用偶联剂活化处理各类填充剂：采用相容剂 提高不同结构树脂的相容性；调整工艺方式和工艺条件促使各组分相容等。 (三 )助剂间的匹配性塑料制品在各行业得以深入应用的原因之一在于多功能化。多功能化的塑料制品是靠多品种的功 能助剂支
10、撑的，是通过将各种功能助剂以聚合物树脂为载体共混共熔为一体加工成型的，这就要各 种助剂间不应具备反应性，一种助剂的迁移不应导致其他助剂的流失，以及性能能够互补。l、化学反应导致匹配性丧失对于防老化助剂体系而言，受阻胺是类优良的光稳定剂，效果由于其他类型的光稳定剂。但 是，对于使用酸性阻燃剂的场合，一般不能使用受阻胺，而是使用紫外吸收剂。因为酸性阻燃剂会 与碱性受阻胺光稳定剂发生盐化反应，导致受阻胺失效。同样，丙烯酸酯类外墙涂料中也存在酸性环 境的问题。这种情况下，可采用低碱性 HALS ，使其不与酸性物质反应，从而发挥其优良的防老化性 能。2、迁移导致流失 包装薄膜由于需要复合，粘合剂与爽滑剂
11、的选配很关键，复合厂家往往发生由于薄膜中爽滑剂与粘合剂配合不当，导致粘接强度衰减严重，以及爽滑性能降低明显的问题。这与粘合剂对爽滑剂的诱 导作用，加速爽滑剂向复合界面的迁移有关。北京市化工研究院结合对助剂与粘合剂相互关系的研 究，开发出与酰胺类爽滑剂具有较好协调性的聚氨酯粘合剂产品。3、性能互补 塑料制品的功能不应是各类助剂功效的简单堆砌、叠加，而是各种助剂功效的协同发挥。单一的助剂品种，有时功能并不单一。抗氧剂 (1 O 76 ， l 68等 )兼具光稳定性：光稳定剂 (如 9 4 4) 的热、氧稳定性不亚于某些受阻酚抗氧剂品种 (如 1 0 1 0)：阻燃协效剂具备抑烟性：填充剂又有阻 燃
12、性等等。有些品种配合使用。还可达到远大于加合效应的协同效果。因此，确立塑料制品的生产 配方，应充分考虑助剂性能的互补，才能提高制品的性能价格比。(四 )、环境友好性 l、自身无毒低毒 随着塑料应用领域的不断拓宽，特别是在食品、医药行业的深入应用，很多自身有毒的助剂被淘汰或限制使用。不仅如此，应用过程中发生意外 (如燃烧 )会产生有毒物质的助剂 (如阻燃剂 ) 也被限用或禁用。助剂无毒化是其发展方向之一。2、降低环境危害性 在塑料加工过程中，助剂因自身形态产生粉尘或受热产生有毒挥发物等均会危害操作者和操作环境。废弃的功能塑料制品的易回收性和环境消纳性等也应是助剂选择过程中必须考虑的因素。例如，
13、光稳定剂 Gw一 540具有优秀的光、热稳定效率，但其环境危害性 (致敏 )使用户不得不放弃选用。二 =I塑料助剂功效的发挥无可质疑，塑料制品的加工性和功能性多是通过添加各类加工和功能助剂获得的。但这并非意味 着只要助剂选用得当，； bllN塑料制品中便可充分发挥其功效。影响助剂功效发挥的因素非常复杂。 (一 )、助剂的品种与用量助剂的品种对其性能的发挥具有很大的影响，这是不言而语的，而人们对助剂的用量的认识往往 是越多性能越好 (在不考虑成本的前提下 )。其实不然。对与一些助剂而言，用量提高不多，却对 制品的其他性能造成明显的劣化。2001 年塑料高新科技成果交流会论文集 199对于抗静电性
14、能而言，较低分子量的抗静电剂，其迁移速度快，可在短时间内发挥效果。但在 聚烯烃类树脂中使用存在持效性差的弊病。但将其应用到热塑性工程塑料的制品中，则不仅有较好的 抗静电效果。而且持效期满足制品的需求而爽滑剂用量稍微增加，会导致 PE藩膜表面的析出现象明显增加，导致复合粘接强度下降快等 不良影晌。(二 )、加工工艺条件的匹配性塑料制品不同的加工工艺条件，制约了一些助剂的使用，必须选用加工工艺性匹配的助剂，才 能通过加工关。对于聚烯烃材料 (PE、 PP)而言，往往要求抗静电剂具有优良的耐热性、较高的安全卫生性， 以及对制品本体性能无不良影响等要求。这时候，采用离子型表面活性剂就不能满足上述要求，
15、限制 了它们的应用。而非离子型的表面活性剂则能满足这些要求，是目前聚烯烃类材料最常规的抗静电剂 品种。对于聚氯乙烯 (P VC)、聚氨酯 (P U)材料，其加工温度较低，且要求抗静电的场合往往无 卫生性要求，而抗静电性能要求高，此时应当选用含阳离子的抗静电剂。阳离子型抗静电剂的抗静电 效能显著，但热稳定性较差，限制了其使用。(三 )、制品的规格尺寸 制品的规格尺寸对助剂性能发挥的影响主要在于其厚度效应。 就耐老化的制品而言，一般来将，薄制品中通常使用受阻胺光稳定剂，这是由于其发挥效能与制品的厚度没有关系，且对制品的本体性能无不良影响。而紫外吸收剂存在厚度效应。厚度越薄，作用效果越差，在薄膜制品
16、中较少使用。国内市场尚常见的受阻胺光稳定剂为：BW-l 0LD(622) 、944、 3346 等类型。而在注射制件中，则可同时采用受阻胺与紫外线吸收剂，协同发挥作用。常见 的紫外线吸收剂如： UV-531 、 UV-P 、 UV-326 等，将之与受阻胺光稳定剂 770、 622和 944配合使用， 可有效提供光稳定性能。对于抗静电功能助剂而言。注射制品中往往要比薄膜产品中多添加抗静电剂。这主要是山于在较厚的注射制品中，抗静电剂迁移到表面发挥性能的时问长、相对有效浓度低造成的。 (四 )、使用环境对性能的影响 一些功能性的助剂效能的发挥受环境影响较大，必须考虑环境对其性能发挥的影响，从而正确选择合适的品种和用量。
