通常助劑的選用取決于塑料制品的生產(chǎn)加工和終的使用要求,與之相對應(yīng),助劑可分為加工助劑和功能助劑。凡在塑料制品生產(chǎn)過程中,可保障樹脂抵御熱、氧、剪切等因素破壞,或改善樹脂加工性的助劑統(tǒng)稱為加工助劑,如抗氧劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑等??少x予塑料某一特定功能或使用性的助劑則稱為功能助劑,如抗靜電劑、防老化助劑、阻燃劑、爽滑劑、抗菌劑等。
塑料助劑的選擇高聚物樹脂因結(jié)構(gòu)不同表現(xiàn)出不同的加工特點(diǎn),據(jù)此可分為熱塑性和熱固性樹脂,結(jié)晶性和非結(jié)晶性聚合物。不同類樹脂的加工方式不同,同一類樹脂又因終制品用途不同,加工成型方式也不同,如:吹塑、注塑、搪塑、滾塑、澆注、壓延、擠出等。同類塑料制品因其應(yīng)用行業(yè)不同,對功能要求也不同,需用的功能助劑也不同。
根據(jù)不同的加工性和功能性選用助劑,往往是一個目標(biāo)對應(yīng)一種助劑。塑料制品的多性能需多種助劑,但多種助劑混合在一起,性能并不一定能夠協(xié)同發(fā)揮有時存在反協(xié)同作用,反而會劣化制品的物理一機(jī)械性能,因此助劑的選擇應(yīng)慎重。
聚乙烯蠟廠家提醒:選用助劑,通常應(yīng)遵循幾個原則:(1)在既定的配方體系和加工工藝中,能夠充分發(fā)揮自身功效;(2)不劣化或小限度地影響樹脂的基本物理一機(jī)械性能;(3)不劣化或小限度地影響其他助劑功效的發(fā)揮,與其他助劑有協(xié)同效應(yīng)更佳;(4)加工熱穩(wěn)定性塑料制品大多是熱成型的,應(yīng)保證助劑在加工過程中少損失、不變質(zhì)、不分解(發(fā)泡劑除外),揮發(fā)產(chǎn)物對加工設(shè)備、操作人員和環(huán)境無害,即助劑應(yīng)順利通過加工關(guān)。同一類加工助劑或功能助劑有許多品種,并非每一個品種都適于各種塑料或多種塑料,有的助劑與基礎(chǔ)樹脂熱行為不匹配。這種熱行為的不匹配易造成塑料加工失敗。如有些工程塑料加工中選用了通用塑料的加工助劑,后在擠出機(jī)中因助劑分解發(fā)泡而難以成型,功能的發(fā)揮更無從談起;熱穩(wěn)定性較低的抗靜電劑用于B0PP薄膜生產(chǎn),模頭中產(chǎn)生大量刺激性藍(lán)煙,危害操作環(huán)境、制品質(zhì)量和性能。
某些助劑自身的熱穩(wěn)定性過高,也有可能限制其功能的發(fā)揮。如發(fā)泡劑的分解溫度高于發(fā)泡成型溫度,阻燃劑在被阻燃基材受熱分解時仍不能產(chǎn)生捕獲自由基、阻斷燃燒鏈反應(yīng)的有效物質(zhì)或活性自由基等。
與基礎(chǔ)樹脂的相容性選用助劑除考慮其必備的功效外,還必須從基礎(chǔ)樹脂與助劑結(jié)構(gòu)的相似性與差異性入手,判斷二者的相容性。助劑與基礎(chǔ)樹脂相容性好,才不會惡化(有可能提高)基材的物理一機(jī)械性能,還可提高耐遷移性、耐抽提性。判斷二者相容性的依據(jù)多遵循相似相容原理,結(jié)構(gòu)相近、極性相近、相對分子質(zhì)量相近等均有利于相容性的提高。對于那些與基礎(chǔ)樹脂相容性不佳,難以提高添加量的助劑,必須設(shè)法提高或改善其相容性,如采用相容劑或偶聯(lián)劑表面事精細(xì)化工。塑料改性等研究工作現(xiàn)已發(fā)表專著2部,相關(guān)論文數(shù)的功能助劑支撐,將各種功能助劑鯉合物樹脂不得不放棄選用.現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用活化處理,或是微膠囊化處理等。
結(jié)構(gòu)相近合成樹脂的結(jié)構(gòu)種類有限,而助劑的結(jié)構(gòu)繁雜,并非每種高聚物選擇助劑都要挑選與其結(jié)構(gòu)相近的品種,但是結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)樹脂相近的助劑確實(shí)能提高助劑的功效和制品的綜合性能。例如,具有酰胺結(jié)構(gòu)的抗氧劑1098用于尼龍,穩(wěn)定效果遠(yuǎn)優(yōu)于抗氧劑1010,耐萃取性也明顯好于后者,而抗氧劑1098用于聚烯烴或聚酯,則無任何優(yōu)勢。
極性相近極性的差異直接影響助劑與基礎(chǔ)樹脂的相容性。助劑與基體樹脂極性不匹配,導(dǎo)致相容性不佳,表現(xiàn)為制品物理一機(jī)械性能下降、助劑析出、表面起霜、助劑功效的持久性縮短、制品變色、影響制品的再加工等。因此,非極性或弱極性高聚物應(yīng)選擇非極性助劑,而極性高聚物應(yīng)選擇極性助劑。例如,陽離子抗靜電劑用于PVC,效果顯著;而用于PE或PP,則達(dá)不到預(yù)期效果。又如,生產(chǎn)農(nóng)用PVC棚膜流滴劑添加量可達(dá)3%~4%;生產(chǎn)EVA棚膜,流滴劑添加量1.5%~2.5%;而生產(chǎn)PE棚膜,流滴劑僅能添加1.2%~1.8%,否則棚膜表面很快便產(chǎn)生一層白色析出物。
相對分子質(zhì)量相近高相對分子質(zhì)量的聚合物與低相對分子質(zhì)量的助劑在分散行為、熔融行為、結(jié)晶行為等很多方面難以同步,直接影響助劑在高聚物中的分散、遷移和耐抽提性,也直接影響助劑功能的發(fā)揮。助劑高相對分子質(zhì)量化是縮短這種差距、提高相容性的有效措施之一。高相對分子質(zhì)量助劑有聚合型和大分子型2種,如大分子型抗氧劑1010比低相對分子質(zhì)量抗氧劑1076的耐水解能力、耐抽提性、與樹脂的相容性、抗氧化功能的持久性均有明顯提高。聚合型受阻胺光穩(wěn)定劑944、622、3346、HA88、N30等與聚烯烴的相容性均優(yōu)于低相對分子質(zhì)量單分子型光穩(wěn)定劑770、GW540等,毒性也明顯降低。
提高相容性為提高助劑與樹脂的相容性,有時還必須采用其他措施,如采用偶聯(lián)劑活化處理各類填充劑,采用相容劑提高不同結(jié)構(gòu)樹脂的相容性,調(diào)整工藝促使各組分相容等。
助劑間的匹配性塑料制品在各行業(yè)得以深入應(yīng)用的原因之一在于它的多功能化。多功能化的塑料制品是靠多品種共混、共熔加工成型,要求各種助劑間不具備反應(yīng)性,一種助劑的遷移不應(yīng)導(dǎo)致其他助劑的流失以及性能能夠互補(bǔ)。
化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致匹配性喪失防老化助劑體系中,受阻胺是一類優(yōu)良的光穩(wěn)定劑,效果優(yōu)于其他類型的光穩(wěn)定劑,但是使用酸性阻燃劑的場合,一般不能使用受阻胺,而應(yīng)使用紫外吸收劑。因?yàn)樗嵝宰枞紕c堿性受阻胺光穩(wěn)定劑發(fā)生鹽化反應(yīng),導(dǎo)致受阻胺失效。同樣,丙烯酸酯類外墻涂料中也存在酸性環(huán)境的問題,這種情況下,可采用低堿性HALS,使其不與酸性物質(zhì)反應(yīng),從而發(fā)揮其優(yōu)良的防老化性能。
遷移導(dǎo)致流失包裝薄膜由于需要復(fù)合,粘合劑與爽滑劑的選配很關(guān)鍵,復(fù)合廠家往往發(fā)生爽滑劑與粘合劑選配不當(dāng),導(dǎo)致粘接強(qiáng)度衰減嚴(yán)重、爽滑性能降低明顯的問題。因?yàn)檎澈蟿λ瑒┯姓T導(dǎo)作用,加速爽滑劑向復(fù)合界面遷移。北京市化工研究院通過對助劑與粘合劑相互關(guān)系的研究,開發(fā)出與酰胺類爽滑劑具有較好協(xié)調(diào)性的聚氨酯粘合劑。
性能互補(bǔ)塑料制品的功能不應(yīng)是各類助劑功效的簡單疊加,而應(yīng)是各種助劑功效的協(xié)同發(fā)揮。單一的助劑品種,有時功能并不單一。一些抗氧劑(1076、168等)兼具光穩(wěn)定性;一些光穩(wěn)定劑(如944)的熱、氧穩(wěn)定性不亞于某些受阻酚抗氧劑品種(如1010)阻燃協(xié)效劑具備抑煙性;填充劑又有阻燃性等等。有些品種配合使用,可達(dá)到協(xié)同效果。因此,確立塑料制品的生產(chǎn)配方,應(yīng)充分考慮助劑性能的互補(bǔ),才能提高制品的性能價格比。
環(huán)境相容性。自身無毒低毒隨著塑料應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬,特別是在食品、醫(yī)藥行業(yè)的深入應(yīng)用,很多自身有毒的助劑被淘汰或限制使用,應(yīng)用過程中發(fā)生意外(如燃燒)會產(chǎn)生有毒物質(zhì)的助劑(如阻燃劑)也被限用或禁用,助劑無毒化是發(fā)展方向之一。
降低環(huán)境危害性在塑料加工過程中,助劑產(chǎn)生粉塵或受熱產(chǎn)生有毒揮發(fā)物等均會危害操作者和操作環(huán)境。廢棄塑料制品的易回收性和環(huán)境消納性也應(yīng)是助劑選擇必須考慮的因素。例如,光穩(wěn)定劑GW―540具有的光、熱穩(wěn)定性,但其環(huán)境危害性(致敏)使用戶不2塑料助劑功效的發(fā)揮塑料制品的加工性和功能性多是通過添加各類助劑獲得的,但這并非意味著只要助劑選用得當(dāng),加到塑料制品中便可充分發(fā)揮其功效,影響助劑功效發(fā)揮的因素非常復(fù)雜。
助劑的品種與用量人們對助劑用量的認(rèn)識往往是越多性能越好(在不考慮成本的前提下)其實(shí)不然,對于一些助劑而言,用量提高不多,卻對制品的其他性能造成明顯的劣化。
較低相對分子質(zhì)量的抗靜電劑,其遷移速度快,可在短時間內(nèi)發(fā)揮效果,但在聚烯烴類樹脂中使用,存在持效性差的弊病,而將其應(yīng)用到熱塑性工程塑料的制品中,則不較好的抗靜電效果,而且持效性滿足制品的需求。
爽滑劑用量稍微增加,會使PE薄膜表面的析出明顯增加,導(dǎo)致復(fù)合粘接強(qiáng)度下降加快。
加工工藝條件的匹配性不同塑料制品的加工工藝條件,制約了一些助劑的使用,必須選用與加工工藝相匹配的助劑,才能通過加工關(guān)。
對于聚烯烴材料(PE、PP),往往要求抗靜電劑具有優(yōu)良的耐熱性、較高的安全衛(wèi)生性,以及對制品本身性能無不良影響等。若采用離子型就不能滿足上述要求,而非離子型的抗靜電劑則能滿足這些要求,是目前聚烯烴類材料常用的抗靜電劑品種。
聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)材料的加工溫度較低,且要求抗靜電的場合往往無衛(wèi)生性要求,而抗靜電性能要求高,此時應(yīng)選用含陽離子的抗靜電劑。
陽離子型抗靜電劑的抗靜電效果顯著,但熱穩(wěn)定性較差,限制了其使用。
制品的尺寸規(guī)格制品的尺寸規(guī)格對助劑性能發(fā)揮的影響主要在于其厚度效應(yīng)。就耐老化的制品而言,薄制品中通常使用受阻胺光穩(wěn)定劑,這是由于其發(fā)揮效能與制品的厚度沒有關(guān)系,且對制品的性能無不良影響。而紫外吸收劑存在厚度效應(yīng),厚度越薄,作用效果越差,在薄膜制品中較少使用。在注塑制件中,同時采用受阻胺與紫外線吸收劑,可協(xié)同發(fā)揮作用。常見的紫外線吸收劑如UV326等,與受阻胺光穩(wěn)定劑770、622和944配合使用,可有效提高光穩(wěn)定性能。
對于抗靜電功能助劑而言,注塑制品中往往要比薄膜產(chǎn)品中多添加抗靜電劑。這主要是由于在較厚的注塑制品中,抗靜電劑遷移到表面發(fā)揮性能的時間長、相對有效濃度低。
使用環(huán)境對性能的影響一些功能性助劑效能的發(fā)揮受環(huán)境影響較大,應(yīng)根據(jù)環(huán)境正確選擇合適的品種和用量。有機(jī)非離子型抗靜電劑對外界濕度有一定的敏感性,這與其抗靜電機(jī)理有關(guān)。季節(jié)和地域的濕度不同,在抗靜電劑的種類和用量上必須做相應(yīng)的調(diào)節(jié),才能從性能和價格兩方面滿足制品抗靜電的需要。