表面活性劑在塑料工業(yè)中的研究進展

1、于宏偉呂緒佺 (1石家莊學(xué)院化工學(xué)院，河北石家莊050035;2黑龍江麥迪森制藥有限公司，黑龍江大慶113316)摘要：綜述報道了表面活性劑在塑料工業(yè)中的抗靜電劑、穩(wěn)泡劑、清洗劑等應(yīng)用方面研究進展。關(guān)鍵詞：表面活性劑;塑料;應(yīng)用中圖分類號：TQ423.99文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-8114(2010)01-0016-04表面活性劑是具有親水基團和親油基團的特殊結(jié)構(gòu)分子，因而具有一系列應(yīng)用功能，而被作為助劑廣泛的應(yīng)用于塑料工業(yè)的各個領(lǐng)域中。1表面活性劑在塑料抗靜電劑中的應(yīng)用塑料是一種電器絕緣性能良好的高分子材料,但是塑料作為絕緣材料使用時候，其表面極易摩擦產(chǎn)生靜電會導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、電擊等

2、事故。通過在塑料中添加表面活性劑作為抗靜電劑可以有效消除靜電?？轨o電劑按使用方式可分為外部涂敷和內(nèi)部混煉兩種方式。其作用機理主要有兩方面：一是表面活性劑的親油基與樹脂結(jié)合，親水基在塑料表面形成導(dǎo)電層或通過氫鍵與空氣中的水分相結(jié)合，從而降低表面電阻，加速靜電荷的泄露;二是賦予塑料表面一定的潤滑性，降低摩擦系數(shù)，從而抑制和減少電荷的產(chǎn)生。常見的塑料抗靜電劑有：非離子型、陽離子型、陰離子型、混合型等。1.1非離子型抗靜電劑非離子型抗靜電劑具有良好的加工性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)點，主要有聚乙二醇酯或醚類、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪胺乙氧基醚等產(chǎn)品。杭州化學(xué)研究所開發(fā)出HKD-100、HKD-102、

3、HKD-151、HKD-178、HKD-196、HKD-1800等一系非離子型抗靜電劑。其中HKD-1800(N,N-二羥乙基十八胺，國外牌號：Ar-mostat-600)抗靜電效果良好，可使塑料制品的表面電阻降至108，廣泛應(yīng)用于PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等高分子材料中。山西省化工研究院開發(fā)出KJ-210(脂肪烷醇酰胺及其酯的混合物)和KJB-02(有機硼非離子表面活性劑)。其中KJ-210適用于PE、 PP、PS、ABS及天然膠等制品，具有抗靜電性能好、持久性強、對熱穩(wěn)定與其它助劑配伍性佳等特點。而KJB-02由于親水基團中引入

4、了含硼極性基團，顯示出良好的抗靜電性和熱穩(wěn)定性，可用于BOPP薄膜(雙向拉伸聚丙烯薄膜)、PP、PE等聚烯烴制品，并且在ABS、PVC等聚合物中的抗靜電性也非常突出。北京化學(xué)工業(yè)研究院開發(fā)出ASA-40(烷基胺環(huán)氧乙烷加成物，適用于PE)和ASA-90(適用于ABS、PS、PE)。國外Uniqema公司生產(chǎn)的Atmer129(甘油單硬酯酸酯)、Atmer163(乙氧化胺)、Atmer154(烷氧基脂肪酸酯)，廣泛應(yīng)用于PS、PVC、PE。而 PVOInternational,Inc公司開發(fā)Drewplast017和Drewplast032(含酯基型非離子表面活性劑)主要適用于PE。 DuPon

5、t，Stepan等公司7則開發(fā)出ZelecTY和ZelecNK(醇磷酸酯型非離子表面活性劑)可適用于 Polyolefinfibers(聚烯烴纖維)，Myla(r聚酯薄膜)等塑料制品。1.2陽離子型抗靜電劑陽離子型抗靜電劑主要包括胺鹽、季銨鹽、烷基氨基酸鹽等，其中季銨鹽最為重要。杭州化學(xué)研究所開發(fā)出HKD-200和HKD-321。其中HKD-321抗靜電性能優(yōu)異，化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，當(dāng)使用濃度在1.0%時涂覆在各種塑料板材、薄膜、纖維上，可以獲得良好的抗靜電效果，可使制品表面電阻降至107-8歐姆。HKD-321廣泛使用于PVC(聚氯乙烯)扭結(jié)膜、ABS(丙烯腈 -丁二烯-苯乙烯共聚物)牽伸管、PS

6、(聚苯乙烯)片材等材料的外部抗靜電處理。上海經(jīng)緯化工有限公司(原上海合成洗滌劑三廠)生產(chǎn)的SH-105抗靜電劑，主要用于煤礦用PVC輸送帶及PVC制品。上海天壇助劑有限公司(原上海助劑廠有限公司)開發(fā)出抗靜電劑P(烷基磷酸脂胺鹽)和SN(十八烷基二甲基羥乙基季銨硝酸鹽)。其中抗靜電劑P對錦綸、滌綸、維論等合成纖維具有優(yōu)良的消除靜電效果;SN用于聚酯、聚乙烯醇、聚氧乙烯等塑料制品的靜電消除。國外Cytec公司開發(fā)出CyastatSN、Cyastat609、CyastatSP等一系列陽離子型抗靜電劑，廣泛應(yīng)用在傳動皮帶、印刷膠輥、酚醛樹脂等方面;WitcoChemicalCorp公司開發(fā)的陽離子型

7、抗靜電劑MarkstatAL-12應(yīng)用在復(fù)印機中的塑料片材。1.3陰離子型抗靜電劑陰離子型抗靜電劑的種類不多，國內(nèi)常見的陰離子型抗靜電劑有ABPS(壬基苯氧基丙烷磺酸鈉)和DPE(對壬基二苯醚磺酸鉀)。國外U- niqema公司4開發(fā)的Atmer190(烷基硫酸鹽)可廣泛應(yīng)用于PS、PVC、PE、PC(聚碳酸脂)、POM(聚甲醛樹脂)、PA(聚酰胺)、TPU(熱塑性彈性體橡膠)等領(lǐng)域中。1.4混合型抗靜電劑混合型抗靜電劑是指兩種或兩種以上類型的表面活性劑復(fù)配使用的新型抗靜電劑，其往往具有更加優(yōu)良的抗靜電效果。杭州化學(xué)研究所開發(fā)出的混合型抗靜電劑有S-15和S-18(陽離子/非離子)。其中S-1

8、5是PVC抗靜電劑，適用于軟質(zhì)、半硬質(zhì)PVC，具有優(yōu)良的耐熱性，抗靜電性能穩(wěn)定等優(yōu)點，在PVC中的添加量在1.5-3%時,能使塑料表面的電阻降至107歐姆。北京化學(xué)工業(yè)研究院開發(fā)出的混合型抗靜電劑ASA150(陽離子/非離子)是專門為PVC、聚氨酯(PU)制品提供有效抗靜電性能而設(shè)計的，也可用于橡膠、聚烯烴類塑料制品中。2表面活性劑在泡沫塑料中的應(yīng)用具有微孔結(jié)構(gòu)的泡沫塑料是一種廣泛用途的塑料產(chǎn)品。泡沫塑料當(dāng)采用發(fā)泡劑使聚合物中產(chǎn)生大量氣泡時，為了使產(chǎn)生的氣泡保持穩(wěn)定和均勻，必須添加表面活性劑作為穩(wěn)泡劑，其主要作用是降低孔壁的表面張力，促進泡孔中維持一定的正壓，從而控制泡孔的增長和穩(wěn)定，使泡孔既

9、不破裂，也不癟塌。泡沫塑料按用途分為酚醛泡沫塑料，聚氨酯泡沫塑料等。2.1酚醛泡沫塑料酚醛泡沫塑料(PF)是由酚醛樹脂加入表面活性劑、發(fā)泡劑、固化劑等多種加工助劑，經(jīng)攪拌發(fā)泡、熟化而成的泡沫塑料。隨著高層建筑、航空工業(yè)、交通運輸以及空間技術(shù)的發(fā)展，對泡沫塑料的熱穩(wěn)定性和耐燃性的要求也越來越嚴(yán)格。與PS泡沫、PE泡沫、PU泡沫相比較,PF具有難燃、自熄、低煙、耐火焰等優(yōu)點。PF常選擇的表面活性劑有:JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)OP- 10(烷基酚聚氧乙烯醚)、AES(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸鈉)、Tween-20，Tween-80(吐溫系列非離子表面活性劑)、PluronicF- 127(聚丙二醇與環(huán)

10、氧乙烷加聚物)、DC-DC-193(硅酮系表面活性劑)等。王進福考察了:DC-193Tween-80、DC-193/Tween-80、DC-193/JFC等四種非離子表面活性劑體系，研究了不同體系對酚醛泡沫性能的影響。結(jié)果表明:采用DC-193/Tween-80復(fù)配體系時，泡沫的綜合性能最好。商平分別選擇了非離子表面活性劑(Tween- 80、Tween-20、DC-193、OP-10)和陰離子表面活性劑(AES)作為酚醛樹脂的穩(wěn)泡劑。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用Tween-80/DC-193 /AES的復(fù)配體系時，酚醛樹脂的泡沫的綜合性能最優(yōu)。2.2聚氨酯泡沫塑料近年來，聚氨酯(PU)工業(yè)發(fā)展很快，這是因

11、為PU材料的性能優(yōu)良，其軟質(zhì)泡沫塑料具有質(zhì)輕、柔軟、絕緣、透氣、無毒、回彈性好、耐濕、耐老化、耐有機溶劑、隔音、保溫等多種優(yōu)良特性，因此，廣泛用于交通運輸、建筑、裝飾、工業(yè)設(shè)備、管道保溫、輕工業(yè)、民用家具等領(lǐng)域。表面活性劑(主要是有機硅表面活性劑)是PU泡沫塑料發(fā)泡工藝過程中必不可少的組分之一。晉心文合成了PU軟泡用穩(wěn)泡劑H-420(機硅表面活性劑)其生成的泡沫，其主要性能與采用進口品的相當(dāng)閻敏24合成有機硅表面活性劑(低氫聚硅氧烷和端烯丙基聚醚為中間體)，應(yīng)用到PU硬泡生產(chǎn)中，勻泡性能良好。國外MomentivePerformancMaterials公司生產(chǎn)的NiaxSiliconeSE-2

12、32(有機硅表面活性劑)，NiaxM-6682(酯類表面活性劑)可用于制備網(wǎng)化PU泡沫塑料。3表面活性劑在其它方面的應(yīng)用3.1表面活性劑在塑料填料中的應(yīng)用經(jīng)過表面活性劑改性過的CaCO3可填充在塑料中，并大大提高其加工性能及力學(xué)性能吉紅念合成了不同碳鏈長度的烷基磷酸酯，并用于輕質(zhì)碳酸鈣的改性，當(dāng)用量為2.5%(改性劑/碳酸鈣質(zhì)量比)時，可明顯改善塑料填料CaCO的表面性能及填充性能，軟PVC體系的加工性能及力學(xué)性能有明顯的改善作用，且單酯改性的加工性能優(yōu)于相同碳鏈長度的雙酯。3.2表面活性劑在塑料表面清洗中的應(yīng)用表面活性劑也可以用在塑料表面的清洗中。劉婭莉研究了用于塑料表面的清洗劑。該清洗劑由

13、LAS(十二烷基苯磺酸鈉)、TX(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)、TA(聚醚型非離子表面活性劑)組成，對ABS、PVC、PP、酚醛塑料等具有良好的清洗效果。3.3表面活性劑在塑料薄膜中的應(yīng)用添加流滴劑制成的塑料棚膜，可減少或消除膜上的霧滴，增加棚內(nèi)日光透入量，因而提高棚溫和地溫，增強光合作用，促進作物生長。當(dāng)用于鮮活商品的包裝膜時，能消除或減少包裝膜的霧珠提高袋內(nèi)的可見度，減少商品霉變，從而提高商品價值。北京市化學(xué)工業(yè)研究院開發(fā)出FY型聚乙烯流滴劑(多種非離子表面活性劑復(fù)配而成)主要用于PVC大棚薄膜，也可用于PVC包裝膜。此外，F(xiàn)Y系列產(chǎn)品還可用于EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚酯)農(nóng)膜。目前,我國積極研發(fā)塑料工業(yè)應(yīng)用的表面活性劑。但與國外大公司相比，我國塑料用表面活性劑主要還是模仿國外大公司產(chǎn)品，無論品種還是質(zhì)量還存在較大差距，因此，應(yīng)該大力加強院校企業(yè)間的技術(shù)合作，開發(fā)出性能優(yōu)良、價格低廉、綠色環(huán)