第03章-合成材料助剂概要优秀PPT.ppt
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1、1 第第3 3章章 合成材料助剂合成材料助剂 23.1.1合成材料助合成材料助剂剂的概念的概念合成材料助合成材料助剂简剂简称称为为助助剂剂,指合成材料和,指合成材料和产产品(制品)在生品(制品)在生产产和加工和加工过过程中,程中,为为改善改善生生产产工工艺艺条件、提高条件、提高产产品品质质量或量或赐赐予予产产品品某种特殊性能所添加的各种某种特殊性能所添加的各种协协助化学品。助化学品。大部分的助大部分的助剂剂是在加工是在加工过过程中添加于材料或程中添加于材料或产产品中,因此,助品中,因此,助剂剂也常被称也常被称为为添加添加剂剂或或协协作作剂剂。第第3 3章章 合成材料助剂合成材料助剂 3.1 概
2、述概述 3三大合成材料三大合成材料n是指塑料、合成橡胶和合成纤维。n它们是用人工方法,由低分子化合物合成的高分子化合物,又叫高聚物,相对分子量可在10000以上。n自然高聚物有淀粉、纤维素、自然橡胶和蛋白质等。n高聚物正在越来越多地取代金属,成为现代社会运用的重要材料。4第1号:PET(聚乙烯对苯二甲酸脂),这种材料制作的容器,就是常见的装汽水的塑料瓶,也俗称“宝特瓶”。第2号:HDPE(高密度聚乙烯),清洁剂、洗发精、沐浴乳、食用油、农药等等的容器多以HDPE制造。容器多半不透亮,手感似腊。第3号:PVC(聚氯乙烯),多用以制造水管、雨衣、书包、建材、塑料膜、塑料盒等等器物。第4号:LDPE
3、(低密度聚乙烯),随处可见的塑料袋多以LDPE制造。第5号:PP(聚丙烯),多用以制造水桶、垃圾桶、箩筐、篮子和微波炉用食物容器等等。第6号:PS(聚苯乙烯),由于吸水性低,多用以制造建材、玩具、文具、滚轮,还有速食店盛饮料的杯盒或一次性餐具。第7号:其他。PET01 PP 05 563.1.2 合成材料助剂的分类:合成材料助剂的分类:n(1)化学结构:化学结构:n无机化合物和有机化合物;n单一化合物和混合物;n单体和聚合物;n(2)助剂的应用对象:助剂的应用对象:n塑料助剂;n橡胶助剂;n合成纤维助剂。7n(3)依据其功能分类:)依据其功能分类:n(a)抗抗老老剂剂 如如抗抗氧氧剂剂、光光稳
4、稳定定剂剂、热热稳稳定定剂剂、防防霉剂等霉剂等n(b)改善机械性能的助剂)改善机械性能的助剂n如硫化剂、硫化促进剂、抗冲击剂、偶联剂等如硫化剂、硫化促进剂、抗冲击剂、偶联剂等n(c)改善加工性能的助剂)改善加工性能的助剂n润滑剂、脱模剂、软化剂、塑解剂等润滑剂、脱模剂、软化剂、塑解剂等n(d)松软化和轻质化的助剂)松软化和轻质化的助剂 发泡剂等发泡剂等n(e)改进表面性能和外观的助剂)改进表面性能和外观的助剂n抗静电剂、防雾滴剂、着色剂等抗静电剂、防雾滴剂、着色剂等n(f)阻燃添加剂)阻燃添加剂,阻燃剂、烟雾抑制剂等阻燃剂、烟雾抑制剂等83.1.3 合成材料助剂的应用合成材料助剂的应用 n助助
5、剂剂和和聚聚合合物物的的关关系系是是互互为为依依存存的的关关系系。聚合物只有在具备适当的助剂和加工技术的条件下,才有广泛的用途。如聚丙烯,是一种极易老化的合成树脂,纯聚丙烯薄片在150下只需0.5h就脆化。假如在树脂中加入适量的抗氧剂和稳定剂后,在同一温度下就可经受2000h的老化考验,这样就可使聚丙烯成为特别有用的通用塑料。93.1.4 助剂在应用中需留意的问题助剂在应用中需留意的问题 n(1)助剂与聚合物的配伍性)助剂与聚合物的配伍性n(2)助剂的耐久性)助剂的耐久性 n(3)助剂的加工适应性)助剂的加工适应性 n(4)助剂必需适应产品的最终用途)助剂必需适应产品的最终用途n(5)助剂协作
6、中的协同作用和相抗作用)助剂协作中的协同作用和相抗作用 10 3.2 增塑剂增塑剂 n3.2.1 概述概述n定定义义:凡凡添添加加到到聚聚合合物物体体系系中中,能能使使聚聚合合物物体系增加塑性而不体系增加塑性而不变变更聚合物本性的物更聚合物本性的物质质。n可可以以改改善善在在成成型型加加工工时时树树脂脂的的流流淌淌性性,并并使使制制品品具具有有柔柔韧韧性性的的有有机机物物质质。它它通通常常是是一一些些高高沸沸点点、难难以以挥挥发发的的粘粘稠稠液液体体或或低低熔熔点点的的固固体,一般不与塑料体,一般不与塑料发发生化学反生化学反应应。11n增塑剂在全部塑料助剂中用量最大。我国总产能约为100万吨,
7、400多种,工业生产的有200多种。增塑剂以综合性能佳、价格优的邻苯二甲酸酯为主,世界四大生产和消费国家和地区 美国、西欧、日本、中国的消费量占7090。12n增塑剂的主要作用:增塑剂的主要作用:n减弱聚合物分子间的次价键,即范德华力,减弱聚合物分子间的次价键,即范德华力,从而增加了聚合物分子链的移动性,降低聚从而增加了聚合物分子链的移动性,降低聚合物分子链的结晶性,因而增加了聚合物的合物分子链的结晶性,因而增加了聚合物的塑性,表现为聚合物的硬度、软化温度和玻塑性,表现为聚合物的硬度、软化温度和玻璃化温度下降,而伸长率、曲挠性和柔韧性璃化温度下降,而伸长率、曲挠性和柔韧性提高。提高。13(1)
8、按化学结构分:)按化学结构分:n邻苯二甲酸酯(如:DBPDOPDIDP)n脂肪族二元酸酯(如:己二酸二辛酯DOA,癸二酸二辛iDOS)n磷酸酯(如:磷酸三甲苯酯TCP,磷酸甲苯二苯酯CDP)n环氧化合物(如:环氧化大豆油,环氧油酸丁酯)n聚合型增塑剂(如:己二酸丙二醇聚酯)增塑剂的分类:增塑剂的分类:14n苯多酸酯(如:1,24一偏苯三酸三异辛酯)n含氯增塑剂(如:氯化石蜡、五氯硬酯酸甲酯)n烷基磺酸酯 n多元醇酯 n其它增塑剂15(2)按相容性的差异分:)按相容性的差异分:主增塑剂和协助增塑剂主增塑剂和协助增塑剂:主主增增塑塑剂剂是是指指能能与与树树脂脂充充分分相相容容的的增增塑塑剂剂,或或
9、称称溶溶剂剂型型增增塑塑剂剂。它它的的分分子子不不仅仅能能进进入入树树脂脂分分子子链链的的无无定定型型区区,也也能能进进入入分分子子链链的的结结晶晶区区。因因而而它它不不会会渗渗出出、喷喷霜霜等等。可可以单独运用。以单独运用。16n协协助助增增塑塑剂剂即即非非溶溶剂剂型型增增塑塑剂剂,一一般般不不能能进进入入树树脂脂分分子子链链的的结结晶晶区区,只只能能与与主主增增塑塑剂协作运用,所以也称增量剂。剂协作运用,所以也称增量剂。17n增塑剂总量中的7580%应用于聚氯乙烯塑料,主要是碳原子数6-11的脂肪醇与邻苯二甲酸类合成的酯类,其中最为主要的是邻邻苯苯二二甲甲酸酸二二辛辛酯酯(DOP),是标准
10、增塑剂。此外,还有环氧类、磷酸酯类和癸二酸酯类增塑剂及氯化石腊类增量剂等。18(3)按作用方式分:)按作用方式分:内增塑剂和外增塑剂内增塑剂和外增塑剂 n通常,内增塑剂是在聚合过程中加入的其次单体,以进行共聚对聚合物进行改性。如氯乙烯-醋酸乙烯共聚物比氯乙烯均聚物更加松软。n优点:相容性优异。n缺点:通用性差,运用温度范围窄。19n外增塑剂,通常是高沸点难挥发的液体或低熔点固体,将其添加到须要增塑的聚合物中,可以增加聚合物的塑性。外增塑剂不与聚合物发生化学反应,和聚合物的相互作用主要是在上升温度时的溶张作用,与聚合物形成一种固体溶液。n优点:性能全面、生产和运用便利。n缺点:相容性差。20(4
11、)按分子的化学结构分:)按分子的化学结构分:单体型和聚合物型单体型和聚合物型 n绝大多数增塑剂为单体型,有固定的分子量,如邻苯二甲酸酯类、脂肪酸二元酸酯类等,也有分子量不固定的单体增塑剂,如环氧大豆油;n由二元酸与二元醇缩聚而得缩聚而得的聚酯(M为1000-6000)是聚合型增塑剂。21(5 5)按增塑剂的应用特性分:)按增塑剂的应用特性分:通用型和特殊型通用型和特殊型 n一些增塑剂性能比较全面,但没有特殊的性能,称之为通用型增塑剂,如邻苯二甲酸酯类;n一些增塑剂除了增塑作用外,尚有其它功能,如脂肪酸二元酸酯类等,具有良好的低温顺曲性能,称为耐寒增塑剂,而磷酸酯类有阻燃性能,称为阻燃增塑剂。2
12、2关于增塑剂的作用机理已经争论了近半个世纪。曾有人用润滑、凝胶、自由体积等理论来赐予说明。3.2.2 增塑机理增塑机理 23 1、润滑理论:增塑剂起界面润滑剂的作用,是因聚合物大分子间具有作用力,增塑剂的加入能促进聚合物大分子间或链段间的运动,甚至当大分子的某些部分缔结成凝胶网状时,增塑剂也能起润滑作用而降低分子间的“摩擦力”,使大分子链能相互滑移。即增塑剂产生了“内部润滑作用”。此理论能说明增塑剂的加入使聚合物粘度减小,流淌性增加,易于成型加工,以及聚合物的性质不会明显变更的缘由。但单纯的润滑理论,还不能说明增塑过程的困难机理,而且还可能与塑料的润滑作用原理相混淆。242、凝胶理论:聚合物(
13、主要指无定形)的增塑过程是使组成聚合物的大分子力图分开,而大分子之间的吸引力又尽量使其重新聚集在一起的过程,这样“时开时集”构成一种动平衡。在确定温度和浓度下,聚合物大分子间的“时开时集”,造成分子间存在若干物理“连接点”,增塑剂的作用是有选择地在这些“连接点”处使聚合物溶剂化,拆散或隔断物理“连接点”,导致大分子间的分开。这一理论更适用于增塑剂用量大的极性聚合物的增塑。而对于非极性聚合物的增塑,由于大分子间的作用力较小,增塑剂的加入,削减了聚合物大分子缠结点的数目。253、自由体积理论:增塑剂的加入后会增加聚合物的自由体积。而全部聚合物在玻璃化温度Tg时的自由体积是确定的,而增塑剂的加入,使
14、大分子间距离增大,体系的自由体积增加,聚合物的粘度和Tg下降,塑性增大。明显增塑的效果与加入增塑剂的体积成正比。但它不能说明很多聚合物在增塑剂量低时所发生的反增塑现象等。26普遍被认为的理论介绍如下:高分子材料的增塑,是由于材料中高聚物分子链间聚集作用的减弱而造成的。增塑剂分子插入到聚合物分子链间,减弱了聚合物分子链间的引力,结果增加了聚合物分子链的移动性,降低了聚合物分子链的结晶度,从而使聚合物的塑性增加。273.2.3 对增塑剂的基本要求对增塑剂的基本要求(1)增塑剂与聚合物有良好的相容性(2)塑化效率高(3)耐老化,稳定性好(4)耐久性好,挥发性、迁移性小;耐水、油和有机溶剂等抽出(5)
15、耐寒性好,低温松软性良好(6)具有阻燃性28(7)电绝缘性良好)电绝缘性良好(8)无色、无味、无毒、无污染)无色、无味、无毒、无污染(9)耐霉菌性好)耐霉菌性好(10)耐化学品)耐化学品(11)增塑糊粘度稳定性好)增塑糊粘度稳定性好(12)价格低廉)价格低廉 293.2.4 增塑剂的结构与增塑剂性能的关系增塑剂的结构与增塑剂性能的关系 n增塑剂的特性都是由它们本身的化学结构所确定的。n(1)增塑剂与聚合物化学结构上的类似性n假如增塑剂与聚合物具有类似的化学结构,就能得到较好塑化效果。30n酯酯型型结结构构 绝绝大大部部分分增增塑塑剂剂都都含含有有1-3个个酯酯基基,一一般般随着酯基数目的增多,
16、相容性和透亮性都会更好。随着酯基数目的增多,相容性和透亮性都会更好。(2)极性部分的结构)极性部分的结构 n极性部分还有环氧基、酮基、醚键、酰胺基、氰基极性部分还有环氧基、酮基、醚键、酰胺基、氰基和氯基等和氯基等,环氧基有优良的耐热性、酮基相容性好、醚键对相容性也有改善但耐水性和耐热性差。31(3)非极性部分的结构)非极性部分的结构常常用用增增塑塑剂剂,邻邻苯苯二二甲甲酸酸酯酯类类、脂脂肪肪族族二二元元酸酸酯酯类类等等,随随着着直直链链烷烷基基碳碳原原子子数数的的增增加加,耐耐寒寒性性和和耐耐挥挥发发性性提提高高,但但相相容容性性、塑塑化化效效率率等等相相应应降降低低。碳碳原原子子数数在在4-
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