第9章 其他助劑

第9章其他助劑主講：孫春峰大綱一、填充劑二、潤滑劑三、發(fā)泡劑四、著色劑一、填充劑填充劑又稱填料，其加入聚合物材料中的主要目的是增加容量，降低成本，但是在滿足這些基本條件的同時(shí)，填充劑還能起一定程度的改性作用，如補(bǔ)強(qiáng)作用等。（一）填充劑的分類填充劑的品種繁多，分類方法不一。如按化學(xué)組成分類，可分為無機(jī)填料和有機(jī)填料兩類；如按原料不同則可分為礦物性填料、植物性填料和合成填料三類；如按外觀形狀的差別則可分為粒狀、薄片狀、纖維狀、樹脂狀、中空微球、織物狀等類別，但是較為通用的分類方法還是按其在加工中所起的作用不同而區(qū)分的，這就是通常所說的補(bǔ)強(qiáng)性填充劑和增量性填充劑兩大類。前者的作用在于提高制品的物理力學(xué)性能，后者可增加制品的體積、降低其成本，有時(shí)這兩類填充劑的作用是不能截然分開的，一些填充劑既有補(bǔ)強(qiáng)作用，又有增量作用，兩者兼?zhèn)?。在分類時(shí)常常以起主導(dǎo)作用的方面為依據(jù)。（二）填充劑對聚合物材料性能的影響對于聚合物材料來說，加入填充劑的重要作用就是增量致廉，另外．填充劑都是成型化合物，在聚合物材料的加工過程中，性能不會(huì)改變。因此填充劑自身的各種性能會(huì)帶進(jìn)聚合物中，影響聚合物的性質(zhì)，例如在加入材料前后，填充劑的體積固定，能降低材料的固化收縮，減少內(nèi)應(yīng)力。加入無機(jī)填料常可以增大材料的導(dǎo)熱性，降低線膨脹系數(shù)，改善材料的耐有機(jī)溶劑性(耐油性)和耐磨性。有些具有針對性目的的填充劑加入到材料中去，能賦予材料一些獨(dú)特的性質(zhì)，如加水合氧化鋁可改善電絕緣性與阻燃性，加入金屬粉可增加導(dǎo)電性，加入某些填料還可以起阻燃作用等。1.填充劑性質(zhì)對橡膠的影響粒子大小對于近球粒子來說可以用直徑表示，對于形狀因素大的粒子則難以表示大小了。一般來說，填充劑粒子越細(xì)，對橡膠的拉伸強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度、耐磨損性等力學(xué)強(qiáng)度的作用越大，但是分散浸潤則變得困難，增大配合時(shí)的能供。對于混煉膠或膠改劑來說，粒子越細(xì)，粘接強(qiáng)度越高。粒子狀填充劑的形狀對橡膠的性能影響很大．粒子形狀對混煉膠的流變性質(zhì)、硫化膠的硬度、彈性、拉伸強(qiáng)度、永久變形、生熱等性能有影響。異向性填充劑有減小混煉膠或硫化膠收縮的特點(diǎn)，反之，硫化膠的生熱和永久變形較大。粒子表面性質(zhì)取決于其化學(xué)組成、結(jié)晶狀況、表面致密程度及是否吸附有雜質(zhì)等。這些性質(zhì)對橡膠的浸潤性、分散性、硫化性、補(bǔ)強(qiáng)性及耐老化性等都有很大的影響。對子表面活性不大的填充劑粒子，可使用適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)或無機(jī)物質(zhì)進(jìn)行表面處理，使其活化，以提高補(bǔ)強(qiáng)效果。2.填充劑性質(zhì)對塑料的影響填充劑粒子大小對塑料性能有很大的影響，一般來說粒子越細(xì)分散越難，加工越難，但卻有利于塑料的綜合機(jī)械性能。粒徑大小的選擇因塑料種類、加工方法不同而定，一般在0.1~5um范圍內(nèi)。特殊情況下可使用0.1um以下的品種，但需表面處理以增大分散性。在要求不高的場合可使用5~15um的，數(shù)十微米以上的一般不用。纖維、薄片狀填充劑加到塑料中時(shí)，加工性能不太好而力學(xué)強(qiáng)度則很高。與此相反使用球狀填充劑易加工而力學(xué)性能不高。填充劑的形狀對塑料的熱性能、電性能及耐藥品性能影響不大，因?yàn)檫@些性能與填充劑化學(xué)組成有關(guān)，但對高溫力學(xué)性能有影響。填充劑雖然一般不溶于水，但是將填充劑粉末懸浮在水中，或懸浮沉淀后取清液都可測定一個(gè)相對的pH值，pH值太大或太小都不利于塑料的熱穩(wěn)定性、耐老化性能等。填充劑的含水量一般指在105℃下2h所蒸發(fā)的水量。水分多，粒子分散困難，而使制品起泡及電性能下降等。填充劑粒子的大小、形狀對假比容影響很大，但一般在1~2ml/g。假比容特別大的硅藻土(7.1ml/g)，滑石粉(2.8ml/g)，白炭黑(4.2ml/g)等飛散性也大。假比容還與吸油量(亞麻籽油)、DOP吸收量、聚酯樹脂吸收量有關(guān)，一般來說，假比容大的填充劑吸收量也大。填充劑對DOP和聚酯樹脂的吸收量與增強(qiáng)效果成正比。要想加入盡可能多的填充劑，顯然應(yīng)選擇假比容小的品種。（三）填充劑的應(yīng)用1.加工對填充劑的要求

不同填充劑使用范圍不同，加工時(shí)對填充劑的要求也不同，一般可歸納以下幾點(diǎn)。（1）化學(xué)穩(wěn)定性好。填充劑的化學(xué)穩(wěn)定性直接關(guān)系到塑料的化學(xué)穩(wěn)定性，例如力學(xué)性能差的填料將使塑料的力學(xué)性能更差，加工條件下易分解的填充劑會(huì)使塑料產(chǎn)生氣泡。作為填充劑至少要求不影響聚合物原有的基本物理力學(xué)性質(zhì)。（2）不影響聚合物的加工性能。填充劑在聚合物中分散難易．加了填充劑的混煉膠的黏性大小均會(huì)影響聚合物材料的加工性能、加工性不好的填充劑即使成本低也會(huì)提高塑料的成本。（3）能與聚合物材料良好親和。兩者的親和性好，則結(jié)合力大，二者聯(lián)成一體，有利子補(bǔ)強(qiáng)或較小影響聚合物材料的其他性能。對于親和性小的填充劑要預(yù)先進(jìn)行表面處理以改善表面活性。（4）不影響其他添加劑的分散。（5）吸油與吸樹脂量不宜過大。吸油量太高則會(huì)從樹脂中吸取添加劑如增塑劑使樹脂性能劣化。2.填充劑在聚合物材料中的應(yīng)用

加入填充劑一般會(huì)降低軟制品的韌性和硬制品的力學(xué)性能。由于各種材料加入不同填充劑時(shí)的具體情況不同，因此，各種材料加填充劑的方式應(yīng)分別討論。下面以軟聚氯乙烯中加入填料的過程來討論使用填充劑的目的、存在的問題和解決辦法。軟聚氯乙烯中加入填充劑的主要目的是降低成本，填充劑的加入顯然對軟PVC的物理力學(xué)性能會(huì)產(chǎn)生一定的影響（為特殊目的加入的填充劑除外），填充劑對軟PVC性能影響如下。（1）對PVC拉伸強(qiáng)度的影響拉伸強(qiáng)度一般隨填充劑使用量增大而降低，特別是1um以下的細(xì)填充劑，強(qiáng)度下降較少，但是對于槽法炭黑、合成硅酸鈣或硬質(zhì)陶土等表面活性較強(qiáng)的填充劑來說，隨填充劑用量逐步增大，除在用量較少時(shí)，拉伸強(qiáng)度有一個(gè)最低值以外，其余均隨用量增大拉伸強(qiáng)度也隨之增大。（2）對伸長率的影響伸長率也因加入填充劑而降低，其降低量隨填充劑種類不同有很大的差異。一般來說粒徑小、增塑劑吸收量大的填充劑降低率大．反之則降低率小，在實(shí)用時(shí)常多加一些增塑劑來抑制因加入填充劑引起的伸長率下降和硬度增大。（3）對硬度的影響軟PVC的硬度顯然隨填充劑用量增大而增大，一般伸長率下降越大的填充劑其硬度增高越大。也就是說伸長率與硬度的變化呈現(xiàn)相反關(guān)系。粒徑小，增塑劑吸收量大的填充劑硬度增長率大，反之則小。實(shí)驗(yàn)證明，在軟PVC中大量使用的碳酸鈣，重質(zhì)碳酸鈣的硬度增長率極小，輕質(zhì)碳酸鈣次之。為了保持軟PVC的韌性，常需增加增塑劑的用量，添加多少，視具體情況而定。（4）對耐寒性的影響填充劑對軟PVC耐寒性影響的一般規(guī)律是增塑劑吸收量小的填充劑，對耐寒性影響小，反之如炭黑、重質(zhì)陶土等增塑劑吸收量大的填充劑則會(huì)相當(dāng)大地降低軟PVC的耐寒性。（5）對撕裂強(qiáng)度的影響一般填充劑用量少時(shí)，填充劑對軟質(zhì)PVC的撕裂強(qiáng)度影響不大，但用量多到一定程度后下降。（6）對耐水性的影響軟PVC中加入炭黑、碳酸鈣時(shí)，吸水率幾乎不變，但加入硅酸鈣、陶土等時(shí)，吸水率較大。（四）主要填充劑及特性1.碳酸鈣

碳酸鹽填充劑中最主要的為碳酸鈣，其價(jià)格低廉、來源十分豐富，主要以天然石灰石為原料經(jīng)加工而成。碳酸鈣的制法有機(jī)械粉碎法和化學(xué)沉淀法兩種，前法制得的產(chǎn)品稱重質(zhì)碳酸鈣，后者稱輕質(zhì)碳酸鈣。為了改善碳酸鈣在塑料中的分散性，提高補(bǔ)強(qiáng)性及其他性能，可用表面活性物質(zhì)處理碳酸鈣粒子表面，以增加粒子對聚合物的親和力，常用的表面處理劑有脂肪酸、樹脂酸、胺類等各種有機(jī)表面活性物質(zhì)以及木素和脂肪酸酯類（單用或并用）。此外也可用硅化物、磷酸鹽等無機(jī)物質(zhì)，經(jīng)表面處理后的碳酸鈣稱為活性碳酸鈣或膠體碳酸鈣。碳酸鈣在塑料廣泛用作增量型填充劑，也可以作為聚氯乙烯糊及不飽和聚酯的黏度調(diào)節(jié)劑。0.1um以下的極細(xì)碳酸鈣粒子經(jīng)表面處理后，在塑料中分散性特別好，制得的制品光澤良好，多作為補(bǔ)強(qiáng)性填充劑或物性改良劑使用。2.陶土陶土是塑料加工中用量較大的填充劑之一，并稍有補(bǔ)強(qiáng)作用，是巖石中的火成巖、水成巖等母巖在自然風(fēng)化作用下分解而成的，主要成分為二氧化硅、氧化鋁、水等，此外還含有鐵堿金屬、堿土金屬等，作為塑料的填充劑，最廣泛使用的陶土是高嶺土，其組成是含有不同結(jié)晶水的氧化鋁和氧化硅結(jié)晶物，一般為純高嶺土和多水高嶺土的混合物。高嶺土的化學(xué)組成為Al2O3·2SiO2·2H2O，多水高嶺土的化學(xué)組成為Al2O3·2SiO2·nH2O。純高嶺土結(jié)晶粒子呈平六方片體或不規(guī)則六方片體，多水高嶺土結(jié)晶粒子呈中空管狀、針狀等。塑料填充劑用的高嶺土最好是呈六方片體的結(jié)晶。3.滑石粉由天然滑石粉碎精選而得，主要成分為含水硅酸鎂，分子式可寫為3MgO·4SiO2·H2O，優(yōu)質(zhì)純品為白色結(jié)晶，含有雜質(zhì)者呈淡黃、淺綠、淡藍(lán)等色，滑石粉晶體屬單斜晶系，呈六方形或菱形，化學(xué)性質(zhì)不活潑，粉體極軟，有滑膩感。滑石粉用作塑料的填充劑具有很好的性能，可提高硬度，改善尺寸穩(wěn)定性，防止高度蠕變。4.石棉石棉為纖維狀鎂、鐵、鈣、鈉的硅酸鹽礦物的總稱，根據(jù)化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)，主要可分為蛇紋石棉（溫石棉）和角閃石石棉（青石棉）兩類。蛇紋石石棉是鎂的硅酸鹽，纖維較長且強(qiáng)度和撓性較大，角閃石石棉包括鎂、鐵、鈣、鈉的硅酸鹽。纖維較短或呈粉狀。石棉具有耐熱、耐酸和耐堿等優(yōu)越性能，化學(xué)性質(zhì)不活潑，是熱和電的不良導(dǎo)體。石棉作為塑料的填充劑，可提高剛性，改善尺寸穩(wěn)定性及防止高溫時(shí)的蠕變。5.硫酸鋇硫酸鋇是硫酸鹽類填充劑中的最重要的一種，制法有兩種，一是將天然礦石（重晶石）經(jīng)粉碎、水洗、干燥后制得。所得的粉狀物稱重晶石粉，粒子較粗，粒度一般為2~25um。另一制法是將重晶石粉和炭加熱還原生成可溶性硫化鋇，再與硫酸或硫酸鈉作用生成沉淀硫酸鋇。沉淀硫酸鋇的粒度一般在0.2~5um范圍內(nèi)，比重晶石粉的粒子細(xì)，而且白度大，pH6.5~7，是一種沒有活性的填充劑。硫酸鋇作為塑料填充劑或著色劑，能提高耐藥品性、增加制品密度，而且能減小制品的X射線透射度。6.硫酸鈣硫酸鈣又有石膏（CaSO4·2H2O）、硬石膏（CaSO4）和沉淀硫酸鈣之分。含有兩個(gè)結(jié)晶水的硫酸鈣是極穩(wěn)定的化合物，不溶于酸和堿，但在120~130℃的溫度下失水而成為半結(jié)晶水的硫酸鈣，在更高的溫度下鍛燒成為無水硫酸鈣。硫酸鈣可作為塑料的填充劑，以提高制品的尺寸穩(wěn)定性，最近發(fā)展起來的新型復(fù)合材料—鈣塑材料，大量使用了硫酸鈣作為填料。7.中空微球中空微球是指由有機(jī)材料或無機(jī)材料構(gòu)成的，直徑為數(shù)十微米到數(shù)百微米的中空薄壁小球，這是一類新型的填充劑，近年來受到重視和發(fā)展。根據(jù)構(gòu)成中空微球的材料可將中空微球分為三類，即無機(jī)質(zhì)微球、有機(jī)質(zhì)微球和金屬微球。無機(jī)質(zhì)微球的材料有氧化鋁、二氧化硅、氧化鋯、氧化鎂、玻璃、陶瓷質(zhì)、碳素、硅酸鈉、煙道灰、硼酸鹽、磷酸鹽的聚合體等。有機(jī)質(zhì)微球的材料有天然有機(jī)物，如大豆蛋白、纖維素衍生物天然膠乳、薄朊酸鹽等；合成有機(jī)材料，如酚醛樹脂、脲醛樹脂、聚乙烯醇、乙烯-酯酸乙烯共聚物、聚乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、環(huán)氧樹脂、聚氨酯等。金屬微球由金屬材料，如鎢等構(gòu)成。中空微球的性能全面，應(yīng)用面極廣，以下列舉幾個(gè)主要方面。①利用其密度小、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，可用于海洋開發(fā)的各種浮力材料、合成材料、合成大理石、塑料填充劑、水泥和耐火物的輕質(zhì)骨架材料、各種復(fù)合材料。②利用耐熱性、絕緣性和絕熱性，制作高溫絕熱材料、低溫絕熱材料、耐電弧性不燃性高壓電纜絕緣材料、高頻絕緣材料。③利用吸著性，制氦氣的吸收分離劑、接觸反應(yīng)的催化劑載體、油捕集材料、過濾用材料。④消音材料中空微球的制造和應(yīng)用還處于研究開發(fā)發(fā)展階段，相信隨著復(fù)合材料不斷發(fā)展，其制造工藝品種和應(yīng)用必將日趨完善和擴(kuò)大。8.金屬粉金屬粉一般有鉛、青銅（銅鋅合金）、鋅、銅、鋁等粉末，由熔融金屬噴霧或由金屬碎片、薄片機(jī)械粉碎得。金屬粉多用于塑料中作裝飾用，在聚酯、環(huán)氧樹脂、縮醛樹脂或尼龍等樹脂中加入青銅粉或鋁等可制得導(dǎo)熱性良好的制品，向塑料中加入鉛粉可制得能屏蔽中子及γ射線的制品。9.有機(jī)填充劑①木粉：作為填充劑使用的木粉主要由松樹、楊樹等軟質(zhì)木材去樹皮、樹節(jié)后經(jīng)機(jī)械粉碎研磨而得。由楓樹、樺樹等硬質(zhì)木材制得的木粉也有少量使用，在對木質(zhì)要求不高時(shí)，還可以用鋸屑、刨屑等廢物的碎末。各種木材磨成的細(xì)粉，有白色到淡褐色不同的顏色，粒度大體可分為15~30目、30~50目、50~80目、80目以上等不同的等級。在塑料中木粉一般作為酚醛、脲醛、三聚氰胺和聚氯乙烯等的增量性填充劑，所得制品的電性能優(yōu)越，耐沖擊，但色調(diào)耐水性、耐熱性稍差。②果殼粉：由核桃殼、花生殼、榔子殼等果殼經(jīng)機(jī)械粉碎而得，由于木質(zhì)素較多，故流動(dòng)性好，并且由于含有角質(zhì)，制品可以形成良好的光澤，此外，耐水性也比木粉好，但因纖維成分少，故耐沖擊性能比木粉差，一般著色性也大。③纖維素：纖維素由木材，農(nóng)作物廢料（如稻、麥、棉、麻等作物的桿），廢棉，人造纖維，合成纖維等經(jīng)機(jī)械加工粉碎而成。纖維素作為塑料的填充劑可以提高機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。10.赤泥赤泥是煉鋁廠的廢渣，主要含有鋁、鐵等的氧化物。近年來發(fā)展以赤泥為填料的塑料制品，其性能優(yōu)良；再者，赤泥的價(jià)格低廉，僅為碳酸鈣的1/4左右，在聚氯乙烯塑料中用赤泥為填充劑時(shí)，除起增量的作用外，還有一定的熱穩(wěn)定作用。赤泥的使用既開辟了新的填充劑來源，又解決了工業(yè)廢渣的綜合利用，為此受到各方面的重視，國內(nèi)外都有大量的研究，以赤泥為填料的塑料必將獲得更大的發(fā)展。二、潤滑劑能改善聚合物材料加工成型時(shí)的流動(dòng)性的物質(zhì)稱為潤滑劑。聚合物材料熱熔成型時(shí)，聚合物分子間的內(nèi)摩擦及其與加工機(jī)械間的外摩擦常使加工困難、產(chǎn)品外觀和性能劣化，需加入潤滑劑以克服以上不足。因此，潤滑劑是許多聚合物材料中必須加入的一種化學(xué)助劑。（一）潤滑劑的主要類別潤滑劑的種類很多，分類的方法也有多種，常用的方法是根據(jù)潤滑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和作用機(jī)能來分類，但由于潤滑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能之間不一定都有一致的關(guān)系，所以這兩種分類方法都有不完善之處。1.按化學(xué)結(jié)構(gòu)分類根據(jù)潤滑劑化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，可以分為烴類、脂肪酸類、脂肪酸酰胺類、酯類、醇類、金屬皂類和復(fù)合潤滑劑七大類。2.按作用機(jī)能分類按作用機(jī)能，潤滑劑可以分為內(nèi)部潤滑劑和外部潤滑劑，應(yīng)該指出，內(nèi)部潤滑劑和外部潤滑劑之間沒有嚴(yán)格的界限，都是相對而言的，因此同一個(gè)潤滑劑有時(shí)可以看作是內(nèi)部潤滑劑，有時(shí)卻又可看作是外部潤滑劑，視不同場合而異。內(nèi)部潤滑劑與聚合物都有一定的親和力，其潤滑作用主要是降低聚合物分子之間的摩擦，或降低像PVC、ABS等極性高聚物分子間的作用力，主要作為內(nèi)部潤滑劑使用的是高級脂肪醇、脂肪酸酯和液體石蠟等。（二）潤滑劑的作用機(jī)理潤滑劑分子結(jié)構(gòu)中都含有長短的非極性基和極性基兩部分，在不同的聚合物中顯示出不同的相容性，具有不同的潤滑作用。由于影響潤滑作用的因素復(fù)雜，所以潤滑作用機(jī)理在理論上還不很清楚，只能按一般經(jīng)驗(yàn)加以說明。1.內(nèi)潤滑劑作用機(jī)理內(nèi)潤滑劑分子的極性較低，碳鏈較長，與塑料的相容性較低，但有一定的相容性，該相容性在常溫下很小，在高溫下較大，即在高溫下有一定的增塑作用。因此，能削弱分子間內(nèi)聚力，使聚合物在變形時(shí)分子鏈間更容易產(chǎn)生相對滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了加工性能。同時(shí)由于常溫下增塑性差．因此不會(huì)過分改變聚合物的物理力學(xué)性能。2．外潤滑劑作用機(jī)理外潤滑劑作用是界面潤滑，它與聚合物材料的相容性很低。在加工過程中很容易從聚合物內(nèi)部遷移到表面，在界面處取向排列．極性基團(tuán)向著金屬(加工機(jī)械)表面，通過物理吸附或化學(xué)鍵合形成一個(gè)低內(nèi)聚強(qiáng)度的潤滑劑分子層，從而降低了聚合物材料與加工機(jī)械間的摩接力，防止其吸附于機(jī)械表面上。（三）主要潤滑劑的性質(zhì)1.烴類

①液體石蠟：凝固點(diǎn)為-35~15℃者，在擠出加工或注射成型時(shí)廣泛用作PVC的內(nèi)部潤滑劑。由于相容性差，因此添加量受限制，用量每100份樹脂以0.3~0.5份為好，如果用量過多會(huì)產(chǎn)生壓析和發(fā)黏現(xiàn)象，反而使加工性變壞。②天然石蠟：固體，熔點(diǎn)較低（57~63℃），脫膜性良好，潤滑效果大，但在PVC中由于分散性、相容性和熱穩(wěn)定性都差，所以用量受限制，用量在0.3phr以上時(shí)，不僅出現(xiàn)潤滑性過剩，而且使樹脂的透明性也受到損害。③微晶石蠟：微晶石蠟由石油煉制過程中得到，它的分子量較大，且有較多異構(gòu)體，熔點(diǎn)為65~90℃，對于PVC潤滑效果好，熱穩(wěn)定性也好，但分散性差，凝膠化速度慢.用量僅限于0.1~0.2phr，為彌補(bǔ)初期潤滑性和后期潤滑性的不足，最好與硬脂酸丁酯、酯蠟和高級脂肪酸等并用。④氯化石蠟：氯化石蠟與PVC樹脂相容性較好，但因初期潤滑性和后期潤滑性不足，最好與其他潤滑劑并用，為了不損害制品的透明性，用量應(yīng)在0.3phr以下。2.脂肪酸類高級飽和脂肪酸中，碳原子數(shù)在12以上的都可以作潤滑劑使用，但應(yīng)用得最廣的還是硬脂酸。C28~C33的高級飽和脂肪酸，如“S蠟”可直接作為潤滑劑使用，有良好的外部潤滑作用。作為潤滑劑使用的羥基脂肪酸有蓖麻油酸、羥基硬脂酸等，它們的揮發(fā)性比硬脂酸低，和PVC相容性好，具有內(nèi)部潤滑作用，但熱穩(wěn)定性差。3.脂肪族酰胺作為潤滑劑使用的酰胺化合物主要包括脂肪酸酰胺和烷基雙脂肪酸酰胺。如硬脂酰胺、軟脂酞胺、N-N‘-甲撐雙硬脂酞胺和N-N‘-乙撐雙硬脂酞胺。脂肪酞胺具有特殊的界面潤滑作用，外部潤滑效果優(yōu)良，特別是與其他潤滑劑并用時(shí)有十分顯著的協(xié)同效果，同時(shí)能改善著色劑、炭黑的分散性。4.酯類

作為潤滑劑使用的酯類都是高級脂肪酸的酯類，包括低級醇的脂肪酸酯、酯蠟、多元醇脂肪酸酯。由于酯基對PVC分子有較強(qiáng)的親和力，所以一般酯類潤滑劑與PVC的相容性較好，具有內(nèi)部潤滑作用，其中主要品種有以下3類。①脂肪酸的低級醇酯。②酯蠟：包括漂白蠟（S蠟和L蠟）、酯蠟（E蠟和EG蠟）和皂化蠟（D蠟和DF蠟）。③脂肪酸的多元醇酯：多元醇的單脂肪酸酯與其他潤滑劑并用或作為復(fù)合潤滑劑使用，很少單獨(dú)使用。5.醇類作為潤滑劑的醇類，主要是含有16個(gè)碳原子以上的飽和脂肪酸，特別是硬脂醇(C18)和輕脂醇（C16）。高級醇與其他潤滑劑混合性良好，能改善其他潤滑劑的分散性，所以是許多復(fù)合潤滑劑的基本組成之一。高級醇與PVC相容性良好，具有良好的內(nèi)部潤滑作用，和金屬皂類、硫醇類及有機(jī)錫類穩(wěn)定劑并用，效果良好，一般用量為0.2~0.5phr。6.金屬皂類高級脂肪酸的金屬鹽類俗稱金屬皂，金屬皂是PVC所廣泛使用的熱穩(wěn)定劑，除穩(wěn)定作用外，金屬皂類還在加工過程中具有潤滑作用。金屬皂類的潤滑作用隨金屬的種類不同和脂肪酸根的種類不同而異。就同一種金屬而言，脂肪酸根的碳鏈越長，其潤滑效果越好。7.氧化聚乙烯蠟及其衍生物氧化聚乙烯蠟的長鏈分子上帶有一定量的酯基或皂基，因而對PVC內(nèi)、外潤滑劑作用比較平衡，為一類性能優(yōu)良的新型潤滑劑，在硬質(zhì)透明的PVC配方中，其潤滑性和透明性均優(yōu)于酯蠟。8.高溫潤滑劑為了適應(yīng)塑料加工速度的提高和高軟化點(diǎn)樹脂加工的需要，潤滑劑必須具有更好的熱穩(wěn)定性和更低的揮發(fā)性，目前已有乙內(nèi)酞脲二醇的脂肪酸酯和聚甘油的脂肪酸酯。9.復(fù)合潤滑劑復(fù)合潤滑劑又稱為組合潤滑劑，是由上述幾種主要潤滑劑相互搭配調(diào)制而成的。復(fù)合潤滑劑是目前發(fā)展最快，商品最多的一類潤滑劑。這類潤滑劑不僅使用方便，加工時(shí)潤滑體系配方簡單，節(jié)約原料，而且潤滑性能優(yōu)良，內(nèi)部潤滑性和外部潤滑性比較平衡，且在擠出加工中，初期潤滑效果、中期潤滑效果和后期潤滑效果比較平衡。常用的復(fù)合潤滑劑有以下幾類：①石蠟烴類復(fù)合潤滑劑；②金屬皂和石蠟烴復(fù)合潤滑劑；③脂肪酰胺與其他潤滑劑復(fù)合物；④以褐煤蠟型酯為主體的復(fù)合潤滑劑；⑤穩(wěn)定劑與潤滑劑復(fù)合體系。（四）潤滑劑的選用1.理想的潤滑劑應(yīng)具備的條件（1）相容性適中潤滑劑與聚合物相容性是一個(gè)重要的特性．相容性過大會(huì)因增塑作用而造成聚合物軟化。相容性太小或完全不相容，則成品表面會(huì)產(chǎn)生噴霜現(xiàn)象，相容性適中才能使內(nèi)、外潤滑作用平衡。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)相容性隨加工溫度升高而增大，相容性增大則外潤滑性降低，因此在提高加工溫度的同時(shí)一般需補(bǔ)加外潤滑劑．但補(bǔ)加過量又易使制品冷卻后噴霜。（2）分散性良好物料混煉時(shí)分散性不好，會(huì)造成成型時(shí)流動(dòng)性不均勻而使產(chǎn)品質(zhì)地不均，潤滑劑密集的地方易引起噴霜。（3）熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性好在高溫加工時(shí)潤滑劑應(yīng)不分解，不揮發(fā)，不與聚合物或其他助劑發(fā)生有害反應(yīng)。在高溫下潤滑劑與聚合物的相容性最好隨溫度變化小以便適應(yīng)高速高溫加工時(shí)的需要。（4）不影響產(chǎn)品的物理力學(xué)性能。（5）表面張力小，黏度小，易在界面擴(kuò)展，以利于形成界面層。（6）利用復(fù)合潤滑體系將幾種性能不同的潤滑劑配合使用能使內(nèi)、外潤滑，韌、中、后期潤滑達(dá)到平衡．不僅使用方便，節(jié)省潤滑劑，而且具有更好的潤滑效果。（7）無毒、價(jià)廉，不腐蝕機(jī)械。2.潤滑劑的應(yīng)用

影響潤滑作用的因素很多，如聚合物的種類、加工機(jī)械、成型方法、加工條件、配合劑之間的相互影響等，在選用潤滑劑時(shí)除必須考慮上述因素外；還要考慮制品所要求的性能。聚合物的種類不同，所適宜的潤滑劑也不相同。例如，對PVC具有良好的內(nèi)外潤滑作用的酯蠟，對于ABS樹脂卻是不適宜的，這是因?yàn)闃O性的酯基妨礙了潤滑邊界層，雖然乙基雙硬脂酰胺有時(shí)會(huì)引起顏色漂移，但對ABS來說卻更適應(yīng)。表9-1為不同聚合物所適用的潤滑劑。三、發(fā)泡劑發(fā)泡劑是一類能使處于一定黏度范圍內(nèi)的液態(tài)或塑性狀態(tài)的橡膠、塑料形成微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，它們可以是固體、液體或氣體。（一）發(fā)泡劑的分類根據(jù)產(chǎn)生氣泡的方式及發(fā)泡劑的結(jié)構(gòu)與性能可將發(fā)泡劑分類如下：1.物理發(fā)泡劑物理發(fā)泡劑是依靠在發(fā)泡過程中本身物理狀態(tài)變化來達(dá)到發(fā)泡目的的一類化合物，包括壓縮氣體（如氮?dú)狻⒍趸嫉?，它們在壓力降低時(shí)體積膨脹產(chǎn)生氣孔）、揮發(fā)性液體（如低沸點(diǎn)的脂肪烴、鹵代脂肪烴以及低沸點(diǎn)的醇、醚、酮和芳香烴等，它們經(jīng)氣化而產(chǎn)生氣孔）以及可溶性固體（如水溶性的無機(jī)鹽、水溶性的聚合物以及淀粉等，它們被洗去而留下氣孔）。其中揮發(fā)性液體，特別是脂肪烴和鹵代烴是最重要的物理發(fā)泡劑。常用的脂肪烴有C5~C7的各種脂肪烴異構(gòu)體(石油醚)，它們的特點(diǎn)是價(jià)廉、低毒，不足的是易燃。常用的鹵代脂肪主要是C1~C2類多氯和氟代烴，如二氯甲烷、三氯乙烯、二氯四氟乙烷等。氯代烴加熱時(shí)有一定的毒性，氟代烴是非常理想的一類物理發(fā)泡劑。物理發(fā)泡劑由于發(fā)泡設(shè)備及工藝昂貴復(fù)雜，沒有化學(xué)發(fā)泡劑使用廣泛。2.化學(xué)發(fā)泡劑

化學(xué)發(fā)泡劑是一種無機(jī)的或有機(jī)熱敏性化合物，在一定溫度下會(huì)熱分解而產(chǎn)生一種或多種氣體，使聚合物發(fā)泡。在化學(xué)發(fā)泡的過程中，發(fā)泡氣體的產(chǎn)生有兩種不同的方法。一是發(fā)泡氣體從聚合物的基體中發(fā)生，即發(fā)泡氣體是聚合物鏈擴(kuò)展或交聯(lián)的副產(chǎn)物。例如，在制造聚氨酷泡沫時(shí)，當(dāng)帶有羧基的醇酸樹脂與異氰酸酯起反應(yīng)時(shí)，或者有異氰酸酯端基的聚氨酯樹脂與水起反應(yīng)時(shí)，都會(huì)放出CO2氣體，另一種方法就是采用化學(xué)發(fā)泡劑來產(chǎn)生發(fā)泡的氣體。分解溫度與發(fā)氣量是化學(xué)發(fā)泡劑最重要的兩個(gè)特性。（1）發(fā)泡劑的分解溫度不僅決定了發(fā)泡劑在各種聚合物中的應(yīng)用范圍，而且還限定了發(fā)泡加工時(shí)的條件：由于化學(xué)發(fā)泡劑的分解都是在比較狹窄的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，而在發(fā)泡過程中熱塑性聚合物需要特定的黏度，熱固性聚合物需要一定的交聯(lián)度，所以一種化學(xué)發(fā)泡劑，即使是理想的化學(xué)發(fā)泡劑都不能適合多種樹脂的普遍使用。（2）發(fā)氣量（ml/g發(fā)泡劑）是衡量化學(xué)發(fā)泡劑效率的一個(gè)指標(biāo)。由于發(fā)氣量高的發(fā)泡劑用量可以相對少些，所以發(fā)氣量低的發(fā)泡劑即使價(jià)廉也不一定經(jīng)濟(jì)，因此應(yīng)該以單位氣體體積的成本來進(jìn)行比較。作為發(fā)泡劑應(yīng)具備發(fā)泡迅速．發(fā)氣量大，能在很小的溫度范圍和極短的時(shí)間內(nèi)急速產(chǎn)生大量氣體；分解溫度可以根據(jù)加工條件而調(diào)節(jié)；發(fā)泡方式簡單，不需輔助材料，在密閉的模具內(nèi)也可充分分解發(fā)泡；發(fā)泡劑本身及其分解生成的氣體和殘余物無毒、無臭、不污染、不著色，對加工設(shè)備不腐蝕，不影響制品的物理力學(xué)性能和環(huán)境穩(wěn)定性；在塑料中有良好的分散性，形成的泡孔結(jié)構(gòu)細(xì)密均一；穩(wěn)定性好，在存放過程中不分解，在發(fā)泡之前的加工過程中不提前發(fā)泡；分解過程不顯著發(fā)熱；價(jià)格便宜等性能。對于物理發(fā)泡劑來說，還應(yīng)具備常溫下蒸氣壓較低，加熱時(shí)能快速揮發(fā)，變成氣態(tài)時(shí)，通過聚合物膜的分散速度應(yīng)比空氣低，最好是不燃的。（二）化學(xué)發(fā)泡劑的類型1.無機(jī)化學(xué)發(fā)泡劑（1）碳酸鹽用作發(fā)泡劑的碳酸鹽有碳酸銨、碳酸氫銨和碳酸氫鈉二種，加熱分解產(chǎn)生氣泡。①碳酸銨：碳酸銨價(jià)廉，發(fā)氣量高，但儲(chǔ)存穩(wěn)定性差，在聚合物中分散困難且具有氨味，所以使用受到限制，在塑料中可以作酚醛、脲醛、PVC、氯磺化聚乙烯的發(fā)泡劑和聚氨酯泡沫的輔助發(fā)泡劑。為了改善碳酸銨的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，可摻入碳酸鎂、氧化鋅和脂肪酸等。②碳酸氫氨：發(fā)氣量350ml/g，碳酸氫氨比碳酸銨更穩(wěn)定，更價(jià)廉，而且能得到均勻的微孔泡沫制品，主要是用作海綿橡膠制品的發(fā)泡劑，用量一般為10％~15％。③碳酸氫鈉：本品價(jià)格低廉，但因分解殘?jiān)哂袕?qiáng)的堿性，所以限制了它的用途。可作為酚醛樹脂、醇酸樹脂、聚乙烯、PVC、環(huán)氧樹脂、聚酰胺的丙烯酸樹脂的發(fā)泡劑，但一般很少采用。（2）亞硝酸鹽亞硝酸鹽中用作發(fā)泡劑的主要是亞硝酸銨，一般為氯化銨與亞硝酸鈉的混合物。亞硝酸銨極不穩(wěn)定，容易分解，產(chǎn)物主要為氮?dú)饧吧倭康牡趸铮荷倭康乃趾投嘣紩?huì)促進(jìn)其分解。和碳酸鹽不同的是這類發(fā)泡劑的分解是不可逆的。因此可作為加壓發(fā)泡過程中的發(fā)泡劑。（3）硼氫化鉀和硼氫化鈉在溫度升高或酸性介質(zhì)中迅速分解、生成氫氣。產(chǎn)氣量比碳酸鹽高得多。硼氫化鉀為白色結(jié)晶固體，在通常的儲(chǔ)存條件下，不吸潮，在空氣中能自燃。本品易溶于水，在堿性水溶液中是穩(wěn)定的，在酸性介質(zhì)中發(fā)氣量為1660ml／g。硼氫化鈉為吸潮性固體，在潮濕空氣中慢慢分解，在酸性介質(zhì)中發(fā)氣量為2370m1／g。堿金屬的硼氫化物作聚醋酸乙烯、聚乙烯醇和三聚氰銨甲醛樹脂等含水體系的發(fā)泡劑，在水和有機(jī)酸存在下，也可以作為PVC增塑糊的發(fā)泡劑。（4）過氧化氫過氧化氫的發(fā)泡作用是能釋放出氧，工業(yè)上主要用作膠乳發(fā)泡。發(fā)泡產(chǎn)品，泡孔結(jié)構(gòu)均勻，乳膠泡沫表觀密度較低，加入少量放氧酶在室溫下也可快速分解。2.有機(jī)化學(xué)發(fā)泡劑有機(jī)發(fā)泡劑是目前應(yīng)用最廣的一類發(fā)泡劑，幾乎所有品種中部含有氮原子，分解時(shí)產(chǎn)生氮?dú)獾葰怏w。與無機(jī)發(fā)泡劑相比，有機(jī)發(fā)泡劑在聚合物材料中的分散性較好，分解溫度比較窄且容易控制。產(chǎn)生的主要?dú)怏w氮?dú)獠蝗疾槐?，不易液化，不易從發(fā)泡體中逸出，發(fā)泡效率高。但是有機(jī)發(fā)泡劑一般產(chǎn)氣量都不高(15％~30％變成氣泡)，有一定的分解熱，可能影響發(fā)泡材料。有機(jī)發(fā)泡劑幾乎都是易燃物，因此貯存和使用時(shí)應(yīng)注意防火；其分解溫度在80~300℃之間，發(fā)氣量在l00~300ml／g的范圍內(nèi)，能滿足一般材料的發(fā)泡需要。有機(jī)化學(xué)發(fā)泡劑的分子中幾乎都含有=N-N=或-N=N-結(jié)構(gòu)，如偶氮化合物，N-亞硝酸化合物，肼類化合物、疊氮化合物和一些脲的衍生物等。N一N鍵或N=N鍵和分子中其他化學(xué)鍵相比是不穩(wěn)定的，因此在熱的作用下很容易斷裂而放出氮?dú)?，從而起到發(fā)泡劑的作用。有機(jī)化學(xué)發(fā)泡劑的主要優(yōu)點(diǎn)是：①在聚合物中分散性好；②分解溫度范圍較窄，且能控制；③分解氣體以氮?dú)鉃橹?，因此不?huì)燃燒、爆炸，氮?dú)獠灰滓夯覕U(kuò)散速度小，不易從發(fā)泡劑中逸出，因而發(fā)泡率高。（1）亞硝基化合物①N,N’-二亞硝基五次甲基四胺（DPT或發(fā)泡劑H)：發(fā)泡劑H主要用作橡膠的發(fā)泡劑，具有發(fā)泡效率高，不變色，不污染且價(jià)廉的優(yōu)點(diǎn)。②N,N‘-二甲基-N,N’-二亞硝基對苯二甲酰胺（NTA或DNTA):NTA最顯著的待點(diǎn)是分解熱低，因此特別適用于較厚的PVC制品的發(fā)泡。（2）偶氮化合物偶氮化合物包括芳香族和脂肪族偶氮化合物兩大類，前者常經(jīng)重氮化反應(yīng)制備，后者常為肼與相應(yīng)的化合物反應(yīng)制成，這類化合物在加熱時(shí)均能分解產(chǎn)生氮?dú)獾葰怏w：①二偶氮氨基苯（DAB）。②偶氮二甲酞胺（發(fā)泡劑AC或ADCA)：該品不助燃，且有自熄性，無毒，無嗅，不污染，不變色，不溶于一般溶劑或增塑劑。主要用于PVC發(fā)泡塑料，也用于聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯一醋酸乙烯共聚物及ABS樹脂。③偶氮二異丁氰（ABIN):ABIN一般多用于PVC增塑料中，也可用于聚乙烯、聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂的發(fā)泡中。④偶氮二甲酸酯：偶氮二甲酸酯儲(chǔ)存穩(wěn)定，可用于制造白色或淺色的PVC泡沫制品，也可用于其他聚合物中。⑤偶氮二甲酸鋇：用作聚丙烯、硬質(zhì)PVC、ABS樹脂等的發(fā)泡劑。（3）酰肼類化合物作為發(fā)泡劑的酰肼類化合物比較多，是目前工業(yè)上廣泛使用的發(fā)泡劑，主要為芳香族的磺酰肼類。①苯磺酰肼（BSH）②對甲苯磺酰肼（TSH）③4,4’-氧代雙苯磺酰肼（OBSH）④1,3-苯二磺酰肼（BDSH）以上均使用在橡膠的發(fā)泡加工中。⑤3,3’-二磺酰肼二苯砜（DPSDSH)：主要應(yīng)用在PVC增塑糊的發(fā)泡上。⑥三肼基均三嗪（THT)：該品是一種高溫發(fā)泡劑，適用于高軟化點(diǎn)的樹脂，如ＡＢＳ、聚丙烯、硬質(zhì)PVC和聚碳酸酯等的發(fā)泡。（4）尿素衍生物①N－硝基脲：該品或與脂肪胺并用制備泡沫環(huán)氧樹脂灌封料的發(fā)泡劑。②N－硝基胍：適合于作高軟化點(diǎn)的聚烯烴，特別是線型聚乙烯和聚丙烯的發(fā)泡劑。③磺酰氨基脲：主要用于高軟化點(diǎn)的樹脂，如聚丙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚苯撐氧和聚酰胺等的發(fā)泡。（5）疊氮化合物疊氮類發(fā)泡劑大多是白色固體結(jié)晶，熱分解產(chǎn)生氮?dú)?，同時(shí)放出大量的熱。其分解殘?jiān)话闶前咨?，沒有污染。疊氮發(fā)泡劑是可燃性的，而且對振動(dòng)敏感，因此在貯存、使用時(shí)都應(yīng)小心，避免爆燃和劇烈分解。常用品種有對甲苯磺酰疊氮和聯(lián)苯4，4’-二磺酰疊氮。3.發(fā)泡助劑在發(fā)泡過程中，凡與發(fā)泡劑并用能調(diào)節(jié)發(fā)泡的分解溫度和分解速度的物質(zhì)，或能改進(jìn)發(fā)泡工藝、穩(wěn)定泡沫結(jié)構(gòu)和提高發(fā)泡體系量的物質(zhì)均可稱為發(fā)泡助劑或輔助發(fā)泡劑。根據(jù)不同的需要能作為發(fā)泡助劑的物質(zhì)很多，目前工藝常用的有以下幾種：①尿素衍生物和氨基化合物，如尿素-二乙基胍、乙醇胺、氨水等；②有機(jī)酸，如硬脂酸、月桂酸、苯甲酸和水楊酸等；③有機(jī)酸或無機(jī)酸的鹽，如硬脂酸鋅、硫酸鉀鋁（明礬）等；④堿土金屬的氧化物，如ZnO、PbO等；⑤多元醇，如甘油等；⑥有機(jī)硅。它們主要用作發(fā)泡劑H和發(fā)泡劑AC的發(fā)泡助劑。四、著色劑用以改變高分子材料固有顏色的物質(zhì)稱為著色劑，著色劑是化學(xué)工業(yè)中最常用的助劑之一，在所有塑料制品中，有80％以上的是經(jīng)過著色的。（一）著色劑的種類

塑料用的著色劑主要有無機(jī)顏料、有機(jī)顏料和染料三大類，后兩類又統(tǒng)稱為有機(jī)著色劑。（二）著色劑的性質(zhì)著色劑的性能決定了它的用途，了解各種著色劑的性能有助于正確地選擇和使用它。無機(jī)顏料、有機(jī)顏料和染料三類著色劑的一般性能比較于下表。1.著色力和遮蓋力所謂著色力，就是著色劑以其本身的色彩來影響整個(gè)混合物顏色的能力，著色力越大，著色劑用量越少，著色成本越低。遮蓋力，最初是指顏料用在涂料中時(shí)，它對被涂布物面所起的遮蓋作用。著色劑用在塑料制品中時(shí)，遮蓋力的含義是指它阻止光線穿透制品的能力。換言之，就是著色劑透明性大小的問題。2.分散性著色劑在聚合物中必須比較容易地以微小粒子狀態(tài)均勻地分散才能得到優(yōu)良著色效果，染料在塑料中大多可以溶解，分散性不成問題，但是顏料則往往會(huì)產(chǎn)生分散不良的問題。為了解決這個(gè)問題，顏料一般需經(jīng)過表面處理和加工后才能使用。3.耐熱性塑料的成型是較長時(shí)間的熱加工過程，在這個(gè)過程中，著色劑不因受熱而變色、褪色或升華。4.耐候性對于長期在戶外使用的塑料制品，耐候性是選擇著色劑的重要依