合成材料助剂-PPT课件.ppt
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1、第四章第四章 合成材料助剂合成材料助剂助剂的应用范围助剂的应用范围助剂的类型及改性功能助剂的类型及改性功能助剂的作用:改善成型工艺性能;助剂的作用:改善成型工艺性能; 提高产品质量;提高产品质量; 改善制品的使用性能或降低成本;改善制品的使用性能或降低成本; 助剂与聚合物的配伍性;助剂与聚合物的配伍性;助剂的耐久性;助剂的耐久性;助剂对加工条件的适应性;助剂对加工条件的适应性;助剂必须适应产品的最终用途;助剂必须适应产品的最终用途;助剂配合中的协同作用和相抗作用助剂配合中的协同作用和相抗作用(1)助剂与聚合物的配伍性)助剂与聚合物的配伍性n配伍性,实际上是指聚合物与助剂之间的相容性以及在稳定性
2、方面的相互影响。n一般的说,助剂必须长期、稳定、均匀地存在于制品中才能发挥其应有的效能,所以通常要求所选择的助剂与聚合物有良好的配伍性。如果相容性不好,助剂就容易析出。固体助剂的析出,俗称“喷霜”;液体助剂的析出,则称作“渗出”或“出汗”。助剂析出后不仅失去作用。而且影响制品的外观和手感。助剂和聚合物的相容性主要取决于它们的结构相似性对于一些无机填充剂等不溶于聚合物的助剂,由于它们与聚合物无相容性,则要求它们的粒度小、分散性好,在聚合物中是非均相分散而不会析出。助剂与聚合物配伍性的另一个重要问题是在稳定性方面的互相影响。如有些聚合物的分解产物带有酸碱性,会使一些助剂分解;也有一些助剂会加速聚合
3、物的降解。(2)助剂的耐久性)助剂的耐久性助剂的损失主要有三条途径:挥发抽出迁移。(3)助剂对加工条件的适应性)助剂对加工条件的适应性 加工条件对助剂的要求,最主要是耐热性,耐热性,即要求助剂在加热条件下不分解、不易挥发和升华。另外注意助剂对模具和加工设备的腐蚀作用的影响。(4)助剂必须适应产品的最终用途)助剂必须适应产品的最终用途 不同用途制品对所欲采用助剂的外观、气味、污染性、耐久性、电气性能、热性能、耐候性、毒性等都有一定的要求。 助剂的毒性问题已经引起广泛的注意,特别是添加了助剂的食品和药物包装材料、水管、医疗器械、玩具等塑料和橡胶制品的卫生性问题更为人们所关切。(5)助剂配合中的协同
4、作用和相抗作用)助剂配合中的协同作用和相抗作用 一种聚合物常常同时使用多种助剂,这些助剂同处在一个聚合物体系里,彼此之间有所影响。如果配合得当,不同助剂之间常常会相互增效,即起所谓的“协同协同作用作用”。聚合物配方研究的主要目的之一就是发现助剂之间的协同作用。 配方选择不当,有可能产生助剂之间的“相抗作用相抗作用”。大吨位品种趋于大型化和集中生产;大吨位品种趋于大型化和集中生产;品种构成发生重大变化;品种构成发生重大变化;阻燃剂和填充剂迅速发展;阻燃剂和填充剂迅速发展;几个活跃的研究领域:稳定化的助剂、几个活跃的研究领域:稳定化的助剂、 阻燃剂、偶联剂、硫化体系的助剂、轮胎阻燃剂、偶联剂、硫化
5、体系的助剂、轮胎骨架材料的粘合剂和稳定剂、加工性能的骨架材料的粘合剂和稳定剂、加工性能的改进剂、聚合物作为助剂的应用。改进剂、聚合物作为助剂的应用。助剂生产起步晚;助剂生产起步晚;助剂生产品种少;助剂生产品种少;生产布局主要在沿海城市;生产布局主要在沿海城市;助剂的生产研究正在迅速发展中。助剂的生产研究正在迅速发展中。(1)定义:添加到聚合物中,能够增)定义:添加到聚合物中,能够增加其塑性、改善成型时的流动性、赋加其塑性、改善成型时的流动性、赋予制品柔韧性的物质。予制品柔韧性的物质。 4.2.1 概述概述增塑剂增塑剂作用作用软化温度、熔融温度和玻璃化温度均降低;软化温度、熔融温度和玻璃化温度均
6、降低;耐寒性、柔韧性、耐寒性、柔韧性、抗冲击强度和伸长抗冲击强度和伸长率会提高。率会提高。熔体粘度减小,熔体粘度减小,流动性增加,流动性增加,易于成型加工;易于成型加工;阻隔性、耐热性、脆性、硬度、抗张阻隔性、耐热性、脆性、硬度、抗张强度、弹性模量等均将下降;强度、弹性模量等均将下降;增塑作用增塑作用增塑剂分类增塑剂分类主增塑剂辅助增塑剂增塑剂与聚合物相容性大小单体型增塑剂聚合型增塑剂增塑剂分子量大小增塑剂作用方式增塑剂作用方式内增塑剂内增塑剂外增塑剂外增塑剂增塑剂的应用特性增塑剂的应用特性通用型通用型特殊型特殊型4.2.2 增塑机理增塑机理 当增塑剂添加到聚合物中,或增当增塑剂添加到聚合物中
7、,或增塑剂分子插入到聚合物分子链之间,塑剂分子插入到聚合物分子链之间,削弱了聚合物分子链间的引力,结果削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,从而使聚了聚合物分子链的结晶度,从而使聚合物的塑性增加。合物的塑性增加。|HCH|HCCl|HCH|ClCH|HCH|HCCl|HCH|ClCH|HCH|HCCl|HCH|ClCHPVCC2 H5|-O-CH3 -CH2-C4H9-O-CH3 -CH2-C4H9 |C2 H5邻苯二甲酸二邻苯二甲酸二辛酯辛酯聚合物的分子间力+ + + 塑化作用4.2.3 对增塑剂的基本要求对增
8、塑剂的基本要求 1 1 增塑剂和聚合物树脂增塑剂和聚合物树脂有良好的相容性有良好的相容性 2 2 塑化效率高塑化效率高 3 3 低挥发性低挥发性 4 4 耐寒性好耐寒性好 5 5 耐老化性好耐老化性好 6 6 耐久性好耐久性好 7 7 电绝缘性能好电绝缘性能好 8 8 具有难燃性能具有难燃性能 9 9 要求尽可能是无色、要求尽可能是无色、无臭、无味、无毒无臭、无味、无毒 10 10 耐霉菌性强耐霉菌性强 11 11 配制增塑剂糊的粘度配制增塑剂糊的粘度稳定性好稳定性好 12 12 良好的耐化学药品和良好的耐化学药品和耐污染性好耐污染性好 13 13 价格低廉价格低廉4.2.4 增塑剂的结构与增
9、塑性能的关系增塑剂的结构与增塑性能的关系(1 1)增塑剂与聚合物化学结构上的类似性)增塑剂与聚合物化学结构上的类似性如果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。(2 2)极性部分的结构)极性部分的结构 酯型结构酯型结构 绝大部分增塑剂都含有1-3个酯基,一般随着酯基数目的增多,相容性和透明性都会更好。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。 (3 3)非极性部分的结构)非极性部分的结构 常用增塑剂,邻苯二甲酸酯类、脂肪族二元酸酯类等,随着
10、直链烷基碳原子数的增加直链烷基碳原子数的增加,耐寒性和耐寒性和耐挥发性提高,但相容性、塑化效率等相应降低。耐挥发性提高,但相容性、塑化效率等相应降低。碳原子数在4-8之间变化时上述影响并不显著;但碳原子数增加到14以上时,这种影响就特别显著了。 碳原子数相同的支链烷基与直链烷基相比较,其塑化效率、耐寒性、耐老化和耐挥发性均较差。同时随着支链的增加,这种倾向更为明显。但是R1CR2(R3)R4-的分支结构却对热氧化分解有极良好的稳定性,这是因为季碳原子上没有氢的缘故季碳原子上没有氢的缘故。 (4)非极性部分与极性部分的比例()非极性部分与极性部分的比例(Ap/P0) Ap/P0值增塑剂分子中非极
11、性的脂肪碳原子数增塑剂分子中非极性的脂肪碳原子数(ApAp)与极性基()与极性基(P0P0)的比值。)的比值。 例如,壬二酸二辛酯的Ap/P0值为11.5,DOP的Ap/P0值为8(忽略了半极性的苯基),磷酸三辛酯的Ap/P0值为8。 Ap/P0值Ap/P0值低高相容性高低低温柔软性低高塑化效率高低挥发性高低热稳定性低高耐油性高低增塑糊黏度稳定性低高耐肥皂水性低高非极性部分与极性部分的比例对增塑剂的性能影响非极性部分与极性部分的比例对增塑剂的性能影响 (5)分子量大小)分子量大小 增塑剂分子量的大小要适当,分子量较大的增塑剂耐久性好,但塑化效率低、加工性能差;分子量较低的增塑剂相容性、加工性、
12、塑化效率等较好,但耐久性差。一般增塑剂分子量在300-500,如DOP为390。 4.2.5增塑剂的主要品种增塑剂的主要品种常用增塑剂及其特点常用增塑剂及其特点 1. 1. 苯二甲酸酯类:苯二甲酸酯类: 这类是最重要且产量和这类是最重要且产量和用量最大的种类用量最大的种类,约占增塑,约占增塑剂总量的剂总量的80%85%80%85%,与其他增塑剂相比,这类增塑,与其他增塑剂相比,这类增塑剂具有相溶性好且适用性广,化学性质稳定,生产剂具有相溶性好且适用性广,化学性质稳定,生产工艺简单,原料易得且成本较低的优点。属通用增工艺简单,原料易得且成本较低的优点。属通用增塑剂,常被用做主增塑剂。塑剂,常被用
13、做主增塑剂。 特点:特点:色泽浅色泽浅. .毒性低毒性低. .电性能好电性能好. .发挥性小发挥性小. .气味气味少少. .耐低温等特点。耐低温等特点。 (1 1) 邻苯二甲酸酯类邻苯二甲酸酯类 主要品种介绍主要品种介绍 邻苯二甲酸酯二辛酯邻苯二甲酸酯二辛酯 (DOPDOP) 邻苯二甲酸酯二丁酯邻苯二甲酸酯二丁酯 (DBPDBP) 邻苯二甲酸酯二庚酯邻苯二甲酸酯二庚酯 (DHPDHP) 邻苯二甲酸酯丁基苄基酯邻苯二甲酸酯丁基苄基酯 (BBPBBP) 邻苯二甲酸酯二异葵酯邻苯二甲酸酯二异葵酯 (DIDP)(DIDP) 邻苯二甲酸酯二异壬酯邻苯二甲酸酯二异壬酯 (DINPDINP) (2)脂肪醇酯
14、类)脂肪醇酯类特点:多用低温增塑剂特点:多用低温增塑剂. .它与聚氯乙烯它与聚氯乙烯的相容性较差,故只能用做耐寒的副增的相容性较差,故只能用做耐寒的副增塑剂,与邻苯二甲酸酯类并用。塑剂,与邻苯二甲酸酯类并用。 用途:用途:DOA的的耐寒性耐寒性和塑化效率优于和塑化效率优于DOP 可赋予制品优良的低温柔软性,并具可赋予制品优良的低温柔软性,并具有一定的光热稳定性和耐水性。有一定的光热稳定性和耐水性。DOA无毒,无毒,可用于食品包装材料。可用于食品包装材料。DOA多于主增塑剂多于主增塑剂并用于耐寒的农业用薄膜、电线、薄板、并用于耐寒的农业用薄膜、电线、薄板、人造革、户外用水管和冷冻食品的包装薄人造
15、革、户外用水管和冷冻食品的包装薄膜。膜。 (3)脂肪醇酯类)脂肪醇酯类v主要是指由主要是指由二元醇、多溶二元醇、二元醇、多溶二元醇、三元醇、四元醇与饱和脂肪酸或三元醇、四元醇与饱和脂肪酸或苯酸所生成的酯苯酸所生成的酯类。类。按化学结构可分为:按化学结构可分为: 二元醇脂肪酸酯:具有优良的低温性能。二元醇脂肪酸酯:具有优良的低温性能。 双季戊四醇酯:具有优良的耐热、耐老双季戊四醇酯:具有优良的耐热、耐老化和耐抽出性能。化和耐抽出性能。 二元醇(或多缩二远醇)苯甲酸酯,具二元醇(或多缩二远醇)苯甲酸酯,具有良好的抗污染性能。有良好的抗污染性能。 甘油三乙酸酯,无毒性。甘油三乙酸酯,无毒性。 例:一
16、缩二乙二醇例:一缩二乙二醇79酸酯生产工艺流程:酸酯生产工艺流程: 一缩二乙二醇一缩二乙二醇 回收回收79酸及单酯酸及单酯 次氯酸钠次氯酸钠 79酸酸 磷酸磷酸 减压酯化减压酯化 脱酸脱酸 过滤过滤 中和脱色中和脱色 水洗水洗 活性类活性类 成品成品 过滤过滤 脱水脱水 (4)磷酸酯类)磷酸酯类 它与大多数树脂都有它与大多数树脂都有良好的相容性良好的相容性并且有显著并且有显著的阻燃性作用,即是增塑剂,又是阻燃剂,而的阻燃性作用,即是增塑剂,又是阻燃剂,而且其挥发性较低,耐久性较好,但有毒且价格且其挥发性较低,耐久性较好,但有毒且价格较贵。较贵。 按化学结构分四类:按化学结构分四类: 磷酸三烷基
17、酯磷酸三烷基酯 磷酸三芳基酯磷酸三芳基酯 磷酸烷基芳基酯磷酸烷基芳基酯 含氯磷酸酯含氯磷酸酯 特点:芳香族磷酸酯的低温性特点:芳香族磷酸酯的低温性能差,而脂肪族磷酸酯的低温能差,而脂肪族磷酸酯的低温性能好,但热稳定性较差,而性能好,但热稳定性较差,而抽出性不如芳香族磷酸酯。抽出性不如芳香族磷酸酯。 主要品种:主要品种: 磷酸三苯甲酯(磷酸三苯甲酯(TCP) 磷酸三苯酯(磷酸三苯酯(TPP) 磷酸三丁酯(磷酸三丁酯(TBP、 磷酸三辛酯(磷酸三辛酯(TOP) 磷酸二苯一辛酯(磷酸二苯一辛酯(DPOP)生产方法有两种:生产方法有两种: 热法(热法(POCl3法),脂肪醇和三氯氧磷在法),脂肪醇和三
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