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解鎖塑料助劑的多元世界:從廣義到狹義,,從分類到功能
2025-03-17
在塑料的奇妙世界里,,助劑扮演著幕后英雄的角色。它們看似不起眼,,卻在塑料制品的性能,、加工和應(yīng)用中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。今天,,讓我們深入了解塑料助劑,,從廣義和狹義的定義,到常用的分類及其功能,。
一,、塑料助劑:廣義與狹義的定義
(一)廣義視角
從廣義上來說,塑料助劑是指在塑料制品加工成型過程中,,所有添加在樹脂基體中的物質(zhì),。這些物質(zhì)的作用十分廣泛,,既可以降低制品成本,又能改善或賦予制品某項(xiàng)使用性能,,還能優(yōu)化塑料制品的加工性。它們涵蓋了有機(jī),、無機(jī),、小分子和大分子等各類物質(zhì)。例如,,在一些塑料中添加碳酸鈣等無機(jī)填料,,不僅可以降低成本,還能提高制品的硬度和尺寸穩(wěn)定性,;添加大分子的增韌劑,,能夠顯著提升塑料的抗沖擊性能 。

(二)狹義視角
狹義的塑料助劑又稱為塑料添加劑,,特指那些可以改善塑料加工性能,,或者是改善或賦予制品某項(xiàng)性能的化工原料,像我們常見的潤滑劑,、抗氧劑和阻燃劑等都屬于這一類,。比如,潤滑劑能夠減少塑料在加工過程中與設(shè)備表面的摩擦,,使加工更加順暢,;抗氧劑可以延緩塑料因氧化而老化,延長其使用壽命,;阻燃劑則能讓塑料制品具備防火阻燃的特性,,提高使用安全性。
二,、常用塑料助劑的分類及功能
(一)填料助劑
1. 增強(qiáng)類填料
無機(jī)類:玻璃纖維是最為常見的增強(qiáng)類無機(jī)填料,,它具有高強(qiáng)度、高模量的特點(diǎn),,能夠顯著提高塑料的拉伸強(qiáng)度,、彎曲強(qiáng)度和剛性。在航空航天,、汽車制造等領(lǐng)域,,玻璃纖維增強(qiáng)塑料被廣泛應(yīng)用,如飛機(jī)的機(jī)翼部件,、汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)罩等,。碳纖維則是一種高性能的增強(qiáng)材料,其強(qiáng)度和模量比玻璃纖維更高,,同時(shí)還具有低密度,、耐高溫等優(yōu)點(diǎn),,常用于高端體育器材、航空航天等領(lǐng)域,,像高端自行車的車架,、飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件等。石英纖維及陶瓷纖維等也在一些對(duì)耐高溫,、耐腐蝕有特殊要求的塑料制品中發(fā)揮著重要作用,。
有機(jī)類:PA纖維、芳綸纖維等有機(jī)纖維具有良好的柔韌性和較高的強(qiáng)度,,能在增強(qiáng)塑料的同時(shí),,一定程度上保持塑料的韌性。聚酯纖維常用于一些日常塑料制品的增強(qiáng),,提高其耐用性,。超高分子量聚乙烯纖維以其超高的強(qiáng)度和良好的耐磨性,在防彈材料,、繩索等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用 ,。這些有機(jī)類增強(qiáng)填料,用量可占整個(gè)增強(qiáng)材料的90%以上,,是塑料增強(qiáng)的主力軍,。
2. 增韌類填料
橡膠類:乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)等橡膠具有良好的彈性和柔韌性,,能夠有效提高塑料的韌性和抗沖擊性能,。丁腈膠(NBR)除了增韌外,還具有良好的耐油性,,常用于一些需要耐油性能的塑料制品,,如輸油管道的密封件等。天然膠,、順丁膠,、氯丁膠等也在不同的塑料增韌應(yīng)用中發(fā)揮著作用。
熱塑性彈性體:乙烯 - 辛烯共聚物(POE),、SBS和SEBS等熱塑性彈性體在常溫下具有橡膠的彈性,,在高溫下又能像塑料一樣熔融加工,使用方便,。它們?cè)谠鲰g塑料的同時(shí),,還能保持較好的加工性能。不過,,這類填料在增韌的同時(shí),,會(huì)降低制品的強(qiáng)度和剛性。因此,,現(xiàn)在較為流行的方法是將它們和剛性的無機(jī)納米粉體共同添加到樹脂基體中,,進(jìn)行共混增韌改性,,以實(shí)現(xiàn)性能的優(yōu)化。
(二)加工助劑
1. 潤滑劑
作用機(jī)制:潤滑劑的主要作用是降低物料之間及物料和加工設(shè)備表面的摩擦力,。它可以分為內(nèi)潤滑劑和外潤滑劑,,內(nèi)潤滑劑與聚合物有良好的相溶性,能降低聚合物分子間的內(nèi)聚力,,促進(jìn)分子鏈的相對(duì)滑動(dòng),,從而降低熔體的粘度,提高熔體的流動(dòng)性,;外潤滑劑與聚合物的相溶性較差,主要在聚合物與金屬的界面形成薄薄的潤滑劑層,,防止物料粘附在設(shè)備表面,,提高制品表面的光潔度 。
常見類型:飽和烴類如固體石蠟,、液體石蠟,、微晶石蠟和低分子量聚乙烯等,它們?cè)谒芰霞庸ぶ袕V泛應(yīng)用,;金屬皂類如硬脂酸鋅,、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂等,,不僅具有潤滑作用,,還可能對(duì)塑料的熱穩(wěn)定性有一定幫助;脂肪族酰胺如EBS,、油酸酰胺等,,脂肪酸類如硬脂酸、羥基硬脂酸,,脂肪酸酯類如PETS,、單硬脂酸甘油酯、多硬脂酸甘油酯等及脂肪醇類如硬脂醇,、季戊四醇等,,都是常見的潤滑劑。
2. 熱穩(wěn)定劑
重要性:塑料在加工成型過程中,,會(huì)因加熱,、摩擦或剪切等產(chǎn)生熱量,在使用過程中也可能受熱,,這些情況都可能導(dǎo)致塑料性能變壞,。例如,聚乳酸(PLA)在受熱時(shí)容易發(fā)生水解,,進(jìn)而引老化降解,,嚴(yán)重影響其性能和使用壽命,。
常見品種:鉛鹽類熱穩(wěn)定劑如三鹽基硫酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛等,,具有良好的熱穩(wěn)定效果,,但由于鉛的毒性,其使用受到一定限制,;金屬皂類熱穩(wěn)定劑如硬脂酸鋅,、硬脂酸鈣等,除了熱穩(wěn)定作用外,,還可能有一定的潤滑效果,;有機(jī)錫類熱穩(wěn)定劑如含硫有機(jī)錫類、有機(jī)錫羧酸鹽等,,具有高效的熱穩(wěn)定性能,,且透明度高,常用于一些對(duì)透明度要求較高的制品,;稀土熱穩(wěn)定劑則是一種環(huán)保型的熱穩(wěn)定劑,,具有良好的熱穩(wěn)定性和加工性能 。
3. 發(fā)泡劑
發(fā)泡原理:發(fā)泡劑是使對(duì)象物質(zhì)成孔的物質(zhì),,主要分為化學(xué)發(fā)泡劑,、物理發(fā)泡劑和表面活性劑三大類?;瘜W(xué)發(fā)泡劑加熱時(shí)會(huì)分解釋放氣體,,在聚合物中形成細(xì)孔,如偶氮二甲酰胺等,;物理發(fā)泡劑靠物質(zhì)物理形態(tài)變化形成細(xì)孔,,如一些低沸點(diǎn)的液體,在受熱時(shí)氣化產(chǎn)生氣泡,;表面活性劑類發(fā)泡劑具有高表面活性,,能降低液體表面張力,在液膜表面排列包圍空氣形成氣泡組成泡沫,。
應(yīng)用領(lǐng)域:發(fā)泡劑廣泛應(yīng)用于制備各種泡沫塑料,,這些泡沫塑料具有質(zhì)量輕、抗震,、隔熱,、隔音等優(yōu)點(diǎn),被用于建筑保溫材料,、包裝材料,、緩沖材料等領(lǐng)域,如建筑外墻的保溫泡沫板、電子產(chǎn)品的包裝泡沫等,。
(三)功能助劑
1. 防老化類助劑
光穩(wěn)定劑:塑料在光照下,,尤其是紫外線的照射下,容易發(fā)生光氧化降解,,導(dǎo)致強(qiáng)度,、剛度及韌性下降、變色,、出現(xiàn)劃痕,,表面光澤下降等問題。光穩(wěn)定劑能夠吸收或反射紫外線,,阻止紫外線對(duì)塑料分子的破壞,,從而延長塑料制品的使用壽命。
抗氧劑:在氧氣和熱的作用下,,塑料也會(huì)發(fā)生氧化降解,。抗氧劑能夠捕獲塑料氧化過程中產(chǎn)生的自由基,,中斷氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng),抑制分子鏈的斷裂,。
抗水解劑:在潮濕,、溫暖環(huán)境下,水分子會(huì)破壞聚合物大分子鏈導(dǎo)致其降解,,這種現(xiàn)象叫“水解”,。聚烴類對(duì)水分相對(duì)穩(wěn)定,但縮聚反應(yīng)生成的聚合物如聚酯,、聚酰胺等含高極性基團(tuán),,在一定條件下容易吸水使性能下降??顾鈩┤鐔危ǘ啵┨蓟啺?、噁唑啉類化合物、環(huán)氧化合物等,,能捕捉羧基生成穩(wěn)定產(chǎn)物阻止進(jìn)一步水解,,保護(hù)塑料制品的性能 。
2. 防御型助劑
阻燃劑:塑料制品最大的缺陷之一就是易燃,,并且在燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生融滴,,引發(fā)次生火災(zāi)。阻燃劑是一類能夠阻止塑料引燃或抑制火焰?zhèn)鞑サ闹鷦?,高效安全的阻燃劑一般可以同時(shí)起到阻燃,、抑煙、散熱,、防滴落四個(gè)作用,。
抗菌劑:塑料制品的表面容易吸附大量的灰塵和細(xì)菌,,影響其衛(wèi)生性??咕鷦┲改軌蛟谝欢〞r(shí)間內(nèi),,使某些微生物(細(xì)菌、真菌,、酵母菌,、藻類及病毒等)的生長或繁殖保持在必要水平以下的化學(xué)物質(zhì)。
抗靜電劑:塑料制品的導(dǎo)電性差,,表面會(huì)堆積一層電荷,,產(chǎn)生靜電吸引,給使用帶來不便甚至危險(xiǎn),??轨o電劑一般都具有表面活性劑的特征,結(jié)構(gòu)上極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)兼而有之,。常用的極性基團(tuán)有羧酸,、磺酸、硫酸,、磷酸的陰離子,,胺鹽、季銨鹽的陽離子,,以及 -OH,、-O - 等基團(tuán),常用的非極性基團(tuán)有烷基,、烷芳基等,。抗靜電劑通過降低塑料表面的電阻,,使靜電荷能夠及時(shí)消散,,避免靜電積累 。
3. 其他性能助劑
相容劑:當(dāng)兩種或多種不相容的聚合物進(jìn)行共混時(shí),,往往會(huì)出現(xiàn)相分離現(xiàn)象,,導(dǎo)致材料性能下降。相容劑又稱增容劑,,借助于分子間的鍵合力,,促使不相容的兩種聚合物結(jié)合在一體,進(jìn)而得到穩(wěn)定的共混物,,提高材料的綜合性能,。
成核劑:成核劑主要用于改善結(jié)晶性塑料的結(jié)晶性能,它可以加快結(jié)晶速度、細(xì)化晶粒,,從而提高塑料制品的強(qiáng)度,、剛性、熱變形溫度等性能,。在聚乳酸等塑料中添加成核劑,,可以使其結(jié)晶性能得到顯著提升。
防霧劑:防霧劑常用于塑料薄膜等制品,,它能夠防止水汽在塑料表面凝結(jié)成霧滴,,影響制品的透明度和使用性能。防霧劑通過降低塑料表面的表面張力,,使水汽在表面形成均勻的水膜,,而不是霧滴,從而保持制品的清晰透明,。
塑料助劑作為塑料工業(yè)中不可或缺的一部分,,以其豐富的種類和多樣的功能,為塑料制品的性能提升,、加工優(yōu)化和應(yīng)用拓展提供了有力支持,。從填料助劑增強(qiáng)增韌,到加工助劑保障加工順利,,再到功能助劑賦予各種特殊性能,,它們?cè)谖覀兩畹母鱾€(gè)領(lǐng)域,從日常用品到高端科技產(chǎn)品,,都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,推動(dòng)著塑料工業(yè)不斷向前發(fā)展,。
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