塑料薄膜加工所用塑料助剂的分类及应用

于北

塑料薄膜加工用塑料助剂的类别及应用 　　塑料助剂是为了改善树脂的加工性能和使用性能而加入的化学品。通常所用的塑料助剂有十几类，随着塑料品种的增多，用途的扩大和加工技术的不断进步，助剂的类型和品种也日益增多。 　　在塑料薄膜的加工和使用过程中要加入塑料助剂。是因为有些树脂或薄膜产品其固有性能不适应其所需的加工工艺的要求，添加助剂仅仅是需要改变其加工性；而有些材料其加工性能较好，而产品性能却达不到我们的要求，这也要添加助剂，以改变其产品性能。当然这两种作用是相辅相成的，有时是为了同时达到这两种目的。这里先介绍能够改变塑料包装薄膜使用性能的助剂。 　　对助剂的一般要求 　　相容性一般来说，助剂只有与树脂间有良好的相容性，才能使助剂长期、稳定、均匀地存在于薄膜中，有效地发挥其功能。如果相容性不好，则易发生“迁移”现象。表现在液体助剂中就为“出汗”，表现在固体助剂中为“喷霜”现象。但有时在对薄膜要求不太严格时，仍然可以允许其相容性欠缺一些，如填充剂与树脂间相容性不好，但只要填充的粒度小，仍然能基本满足薄膜性能要求，当然若用偶联剂或表面活性剂处理一下，则更能充分发挥其功能。但是有一些改善薄膜表面性能的助剂如开口剂、抗静电剂等则要求其要稍微有一些迁移性，以使其在薄膜的表面发挥作用。 　　耐久性耐久性是要求助剂长期存在于薄膜中而基本不或很少损失，而助剂的损失主要通过三条途径：挥发、抽出和迁移。这主要与助剂的分子量大小，在介质中的溶解度及在树脂中的溶解度有关。对加工条件的适应性某些树脂的加工条件较苛刻，如加工温度高，此时应考虑所选助剂会否分解，助剂对加工设备有无腐蚀作用。 　　薄膜用途对助剂的制约不同用途的薄膜对助剂的气味、毒性、耐候性、热性能等均有一定的要求。例如装食品的塑料袋，因要求无毒，故所用的助剂与一般包装用的塑料袋的助剂是不同的。 ( f1 }- G' G  S( s3 H　　助剂配合中的协同作用和相抗作用在同一树脂体系中，有的两种助剂会产生“协同作用”，也就是比单独各用某一种助剂，发挥功能大的多。但如果配合不当，有些助剂间可能产生“相抗作用”，这样会削弱每种助剂的功能，甚至使某种助剂失去作用，这一点应特别注意，如炭黑与胺类或酚类抗氧剂并用就会产生对抗作用。塑料包装薄膜常用性能助剂 . / @7 d0 A# n! B+ K! \　　增塑剂和热稳定剂增塑剂，顾名思义是增加材料的塑性，即添加到树脂中，一方面使树脂在成型时流动性增大，改善加工性能，另一方面可使制成后的薄膜柔韧性和弹性增加的物质。 2 U* Y& E6 L* O/ w/ }　　热稳定剂是以改善树脂热稳定性为目的而添加的助剂。主要用于聚氯乙烯及氯乙烯共聚物的加工。光稳定剂高分子材料在阳光、灯光及高能射线的照射下，会迅速发生老化，表现为发黄、变脆、龟裂、表面失去光泽，机械性能和电性能也大大降低，甚至最终失去了使用价值。在这个复杂的破坏过程中，紫外线是对高分子材料起老化作用的主要原因。主要是阳光中的紫外线和大气中的氧对聚合物大分子联合作用的结果。 　　为了保护高分子材料薄膜免受紫外线与氧的破坏，延长它们的使用寿命，将光稳定剂添加于塑料材料中，使它们在树脂中吸收紫外线的能量，并将所吸收的能量以无害的形式转换出来。以抑制或减弱光降解的作用，提高材料耐光性。由于光稳定剂大多数都能够吸收紫外光，故又称光稳定剂为紫外线吸收剂。评定一种紫外线吸收剂的好坏，要考虑到效能、加工、价格、无毒等，不能单独强调某一两项效果。这些条件综合起来为： 6 S& o3 l. g# \8 W7 ~　　能有效地吸收波长为290~410nm的紫外线，且吸收带宽；能够有效地消除或削弱紫外线对聚合物的破坏作用，而对聚合物的其它理化性能没有影响； " H: ^, w8 i' n$ V　　本身具有良好的稳定性，经紫外线长期曝晒，吸收能力不致下降； 9 h* y8 Z. ~: c( j: G　　热稳定性良好，在加工成型时和使用过程中不因受热而失效，不变色；不影响聚合物的加工性能； / k' @6 v2 C- Y7 A2 u& b7 A* O　　与聚合物相容性好，在加工和使用过程中不分离，迁移，不易被水和溶剂抽提，不易挥发； 　　无毒或低毒； 　　化学稳定，不与材料中的其他成份发生化学反应而损坏材料性能； 8 n* W5 p1 f% J, j　　对可见光的吸收低，不着色、不变色； 　　价格便宜，制造方便，来源丰富。 7 b! M! A) c9 s% `( e9 Z　　按照光稳定剂的作用机理，可将其分为四类：①光屏蔽剂(颜料" target="_blank">颜料)；②紫外线吸收剂；③紫外线淬灭剂；④**基捕获剂。这四种作用方式构成了光稳定化中逐渐深入的四个层次，每一个层次都能抑制紫外线对高聚物机体的破坏作用，在具体设计配合时，是一个层次或是每个层次的保护，应视薄膜的要求和使用环境而定。加入光稳定剂后，尽管用量极少，其防止老化的效果却十分显着，一般只需加入聚合物重量的0.1％~0.5％。 - {  F) h2 g; \- K) Q* I6 `# R　　常用的光稳定剂很多，按照其不同的作用机理及化学组成，主要包括：①邻羟基二苯甲酮类(如UV-9，UV-531等)；②苯并**类(如UV-P、UV-327、UV-326等)，②水杨酸酯类(BAD、TBS等)；④三嗪类；⑤取代丙烯腈类⑥有机镍络合物；⑦受阻胺类。这几类吸收剂的效能，以苯并**类和三嗪类为最好。 　　抗氧剂对于大多数塑料品种来说，在其制造、加工、贮存及应用过程中，对氧化降解都有一定的敏感性，氧渗入塑料薄膜中几乎与大多数聚合物都能发生反应而导致降解或交联，从而改变材料的性能。少量的氧就能使这些高分子材料的强度、外观和性能发生剧烈的变化。在热加工和日照之下，氧化速度更快。因此，通常又将聚合物的氧化分为热氧化和光氧化。最后这种反应的结果则是性能老化。这类反应如果不受阻止，可以很快使聚合物氧化并失去使用价值。不同的塑料对氧的稳定性是不同的，所以有些塑料中无需加入抗氧剂。有的则必须加入抗氧剂，抗氧剂的作用是捕捉活性游离基，使连锁反应中断，目的是延缓塑料的氧化过程和速度。按抗氧剂的作用机理，它对所有塑料均有效。 　　抗氧剂的化学结构可分为：1．酚类，包括：单酚、双酚、三酚、多酚、对苯二酚、硫代双酚；2．胺类，包括：萘胺、二苯胺、对苯二胺、喹啉衍生物，另外还有亚磷酸脂类、硫酯类以及其它一些种类。 　　在以上几类中，酚类、胺类是抗氧剂的主体，约占总量的90％以上，一般来说，胺类抗氧剂的防护效能比酚类高，但由于胺类在受到光、氧作用下，发生不同程度的变色，不适用于浅色、艳色和透明薄膜，因此在塑料薄膜中应用较少。 　　按照抗氧效果，将抗氧剂分为主抗氧剂和辅助抗氧剂。苯胺类抗氧效果较好，但污染性较大，主要用于橡胶制品；酚类抗氧效果稍差，但污染性较小，综合效果较好，多用于塑料薄膜中。通常将硫醇或硫代酯、亚磷酸酯划归辅助抗氧剂，与主抗氧剂并用，以产生协同效果，延长抗氧剂的效能。 % b, Q" \4 D+ W2 S' T6 s! D! N　　目前，抗氧剂的生产和研究朝向高效、低毒、价廉的方向发展。因此，酚类抗氧剂将会逐渐超过胺类抗氧剂的地位。用烷基取代其中部分苯基，可以使抗氧剂与聚烯烃类塑料的相容性改善。增大抗氧剂的分子量也是提高抗氧剂耐久性的重要途径。多数抗氧剂易迁移，使聚合物失去保护，抗氧剂的分子量足够大，迁移的可能性减小，则可提高抗氧剂的有效寿命。 5 }1 Q9 y/ W7 E, ]8 ~. B+ C　　润滑剂高聚物的在熔融之后通常具有较高的粘度，在加工过程中，熔融的高聚物在通过窄缝、浇口等流道时，聚合物熔体必定要与加工机械表面产生摩擦，有些摩擦在对聚合物的加工是很不利的，这些摩擦使熔体流动性降低，同时严重的摩擦会使薄膜表面变得粗糙，缺乏光泽或出现流纹。为此，需要加入以提高润滑性、减少摩擦、降低界面粘附性能为目的助剂。这就是润滑剂。润滑剂除了改进流动性外，还可以起熔融促进剂、防粘连和防静电剂、爽滑剂等作用. 　　在塑料薄膜的生产中，我们还会遇到一些粘连现象，比如在塑料薄膜生产中，两层膜不易分开，这给自动高速包装带来困难。为了克服它，可向树脂中加入少量增加表面润滑性的助剂，以增加外部润滑性，一般称作抗粘连剂或爽滑剂。一般润滑剂的分子结构中，都会有长链的非极性基和极性基两部分，它们在不同的聚合物中的相容性是不一样的，从而显示不同的内外润滑的作用。按照化学组分，常用的润滑剂可分为如下几类：脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺、金属皂、烃类、有机硅化合物等。 4 }! m" G0 Q6 R- t- L  G  |　　润滑剂在塑料的实际加工中具有多种效能，例如在混炼、压延加工时，能防止聚合物粘着料筒，抑制摩擦生热，减小混炼转矩和负荷，从而防止聚合物材料的热劣化。在挤出成型时，可提高流动性，改善聚合物料与料筒和模具的黏附性，防止并减少滞留物。另外还能改善薄膜的外观和光泽。从加工机械角度来看，在混炼、压延、搪塑等成型加工中，外润滑剂有重要作用，在挤出、注射成型中，内润滑剂则更有效果。润滑剂的用量一般在0.5％~1％，选用时应注意： 　　聚合物的流动性能已满足成型工艺的需要，则主要考虑外润滑的作用，以保证内外平衡； 　　外润滑是否有效，应以它能否在成型温度时，在塑料面层结成完整的液体薄膜为准，因此外润滑剂的熔点应与成型温度接近，但要相差10℃~30℃方能形成完整的薄膜； 　　不降低聚合物的力学强度以及其他物理性能。 : ], {0 V9 T5 B, e　　在生产中选择润滑剂时，应使之达到以下要求： : T8 F3 T+ `' z7 ]　　润滑效能高而持久； - \* a8 \6 `4 R9 M/ ^( o2 H$ v　　与树脂的相容性大小适中，内部、外部润滑作用的平衡；不喷霜、不易结垢； 　　表面引力小，粘度小，在界面处的扩展性好，易形成界面层； 0 P8 }$ e# v+ n2 }8 _0 t　　尽量不降低聚合物的各种优良性能，不影响塑料的二次加工性能； 　　本身的耐热性和化学稳定性优良，在加工中不分解、不挥发； 5 q8 \/ O+ }9 c9 ^, v　　不腐蚀设备，不污染薄膜，没有毒性。 　　但是，单纯使用一种润滑剂，往往难以达到目的，需几种润滑剂联合使用，近年来复合润滑发展很快，在选择时，可以多角度地来看待润滑剂的作用。 2 Q+ ^9 X2 P& x* ^9 S　　常用的润滑剂有硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撑双硬脂酰胺等。很多石蜡类物质可作为润滑剂，如天然石蜡，液体石蜡(白油)，微晶石蜡等，但作用却各 2 Z0 N( t, }6 d, o0 i7 p$ [7 m5 }' [　　按照防雾剂加入塑料中的方式，可将防雾剂分为内加型和外涂型两类。内加型防雾剂是在配料时加入到树脂中，其特点是不易损失、效能持久，但对于结晶性较高的聚合物难以获得良好的防雾性；外涂型防雾剂是溶于有机溶剂或水中后，涂于塑料薄膜的表面，并使用简便、成本低，但耐久性差，易被洗去或擦掉，只有在内加型防雾剂无效的场合或不要求持久性时使用。防雾剂的效能可分为初期防雾性、持久防雾性、低温防雾性和高温防雾性四种，一种防雾性很难兼具四种效果，往往是根据薄膜对防雾效果的要求，选择几种配合使用。防雾剂的化学组成主要是脂肪酸与多元醇的部分酯化物。常用的多元醇是甘油、山梨糖醇及其酸酐，常用的脂肪酸是C11、C12的饱和酸或不饱和酸、碳原子数为24以上的脂肪酸也可使用。一般来说，中链脂肪酸的酯初期防雾效果好；长链脂肪酸的脂持久防雾效果好。实际上防雾剂往往是多种酸的混合酯，许多多元醇的脂肪酸酯缺乏亲水性，通过环氧乙烷加成，可提高亲水性，增大初期防雾性和低温防雾性。防雾剂应具备以下性能： 　　1．防雾效能高，生效迅速，耐久性好； 　　2．热稳定性好，不易受热分解，而且分解物不导致聚合物的降解； 　　3．与其它助剂的配合性好，不妨碍其它助剂的功能； 　　4．不影响薄膜的透明性、电性能、粘着性、耐污染性等功能。 ! }! Y* O9 Q1 ~+ j0 v0 q9 a3 `% t　　下面介绍几种典型的防雾剂。甘油单油酸酯白色的蜡状物，可作为内加型防雾剂，具有良好的初期防雾性和低温防雾性，适用于食品包装薄膜，在聚乙烯中的一般用量为1~1.5份、在聚烯烃中为0.5~1份。山梨糖醇酐单棕榈酸酯为**粒状物，为内加型防雾剂，生效迅速持久，在聚氯乙烯中的用量为1~1.7份。 　　山梨糖醇酐单硬脂酸酯也是内加型防雾剂，它为**粒状固体，熔点约为60℃，效能持久，常用于农用薄膜，也可用于作食品包装材料，它在聚氯乙烯中的用量一般为1.5~1.8份，在聚醋酸乙烯酯中为0.7~1份。聚环氧乙烷(20)甘油单硬脂酸酯也是内加型防雾剂，生效极快，具有良好的初期和低温防雾性。它是淡**液体，同时也有抗静电效能，适用于食品包装薄膜。在聚氯乙烯中的一般用量为1~1.5份，在聚烯烃中为0.5~l份。