12填料、交聯(lián)劑、母料、防霧滴劑分析課件

塑料原料與助劑

2023/10/51參考書參考書：1.塑料原料與助劑科技出版社段予忠2.塑料工業(yè)石油化學(xué)出版社上海合成樹脂研究所3.合成樹脂及塑料手冊(cè)化工部科技情報(bào)所4.橡膠塑料加工助劑化工出版社15.塑料加工技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)機(jī)械出版社李祖德2023/10/52第九章其它助劑

第一節(jié)填充劑填充劑（填料）是塑料材料的重要添加劑之一，它可以降低成本，同時(shí)還能提高某些物理或化學(xué)性能。用同一種原料生產(chǎn)的填料，由于其處理方法不同，填充改性的效果也不相同。填料的種類很多，可分成兩大類：一類是無(wú)機(jī)填料，如碳酸鈣、云母、滑石粉等；另一類是有機(jī)填料，如木粉、棉短絨、麥秸等。也有把填料分成單組分填料，即由一種原料物質(zhì)組成；多組分填料，也叫復(fù)合填料，是由兩種或兩種以上物質(zhì)組成，如碳酸鈣和滑石粉組合等。2023/10/531）一種具有一定幾何形狀的固態(tài)物質(zhì)，它可以是無(wú)機(jī)物，也可以是有機(jī)物。2）通常它不與所填充的基體樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即屬于相對(duì)惰性的物質(zhì)。3）它在填充塑料中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于$%。填料有別于塑料加工常用的添加劑，如顏料、熱穩(wěn)定劑、阻燃劑、潤(rùn)滑劑等固體粉末狀物質(zhì)，它也有別于其它液態(tài)助劑和增塑劑。塑料改性用的填料具有的特征2023/10/54填料的主要作用是“增量”，事實(shí)上無(wú)機(jī)或有機(jī)的填料的絕大多數(shù)品種的價(jià)格遠(yuǎn)低于所填充的合成樹脂，其降低成本的目的是不言而喻的。隨著填充改性技術(shù)的發(fā)展和對(duì)填料認(rèn)識(shí)的加深，以及填充改性給塑料制品性能帶來(lái)的變化，人們已從單純追求成本的降低進(jìn)展到通過(guò)填料，尤其是功能性填料來(lái)改善塑料制品某些方面的物理、力學(xué)性能，或賦予塑料制品全新的功能，填料已成為塑料改性不可缺少的重要原材料之一。填料的分類方法有多種，一般來(lái)說(shuō)在填充改性中填料的化學(xué)組成決定著填料的本質(zhì)，尤其是賦予塑料以功能性時(shí)，其填料的化學(xué)組成起著決定性作用。塑料改性用的填料具有的特征2023/10/55（一）填料的幾何形態(tài)特征顆粒是填料存在的形式。顆粒的形狀并不十分規(guī)則，但不同種填料的幾何形狀有著顯著的差別，下表中列出部分礦物在加工成顆粒后的幾何形狀及在長(zhǎng)、寬、高三維尺寸的特征。塑料改性用的填料的特征具有2023/10/56形狀分類礦物實(shí)例顆粒幾何尺寸對(duì)比長(zhǎng)寬高球形立方形塊狀或短柱形片狀纖維狀珍珠巖方解石、長(zhǎng)方石方解石、長(zhǎng)石、硅石、重晶石、霞石高嶺土、云母、滑石、石墨硅灰石、透閃石、石棉、纖維海泡111-411111<1<1/10111?-1/100<1/10塑料改性用的填料具有的特征部分礦物顆粒的幾何形狀與尺寸對(duì)比特征2023/10/57（二）粒徑對(duì)塑料改性使用的填料顆粒的粗細(xì)、大小的要求是根據(jù)情況而定的。一般來(lái)說(shuō)填料的顆粒粒徑越小，假如它能分散的均勻，則填充材料的力學(xué)性能越好，但同時(shí)顆粒的粒徑越小，要實(shí)現(xiàn)其均勻分散就越困難，需要更多的助劑和更好的加工設(shè)備，而且顆粒越細(xì)所需要的加工費(fèi)用越高，因此要根據(jù)使用需要選擇適當(dāng)粒徑的填料。通常填料的粒徑可用它的實(shí)際尺寸（μm

）來(lái)表示，也可以用可通過(guò)多少目的篩子的目數(shù)來(lái)表示。塑料改性用的填料具有的特征2023/10/58塑料改性用的填料具有的特征目數(shù):20801001502003254006251250250012500尺寸/μm833175147104744338201051（三）表面形態(tài)與性質(zhì)填料顆粒表面粗糙程度不同，即同樣體積的顆粒，其表面積不僅與顆粒的幾何形狀有關(guān)（球形表面積最?。?，也與其表面的粗糙程度有關(guān)。比表面積即單位質(zhì)量填料的表面積，它的大小對(duì)填料與樹脂之間的親合性、填料表面活化處理的難易與成本都有直接關(guān)系。通常比表面積大小可通過(guò)氮?dú)獾葴匚椒椒ㄟM(jìn)行測(cè)定。填料顆粒表面自由能大小關(guān)系到填料在基體樹脂中分散的難易，當(dāng)比表面積一定時(shí)，表面自由能越大，顆粒相互之間越容易凝聚，越不易分散。在填料表面處理時(shí)，降低其表面自由能是主要目標(biāo)之一。2023/10/59(四）顏色方面除專門用于塑料著色的顏料（無(wú)機(jī)顏料或有機(jī)顏料），塑料用填料本身的顏色是十分引人注意的。為了對(duì)所填充的塑料基體的色澤不帶來(lái)明顯的變化或避免對(duì)基體的著色帶來(lái)不利影響，通常都希望填料本身是無(wú)色的，當(dāng)然這對(duì)大多數(shù)填料是不可能的，但至少應(yīng)當(dāng)是白色的，而且白度越高越好。測(cè)量填料的白度，可將填料粉末壓制成圓片狀試樣，將特定波長(zhǎng)的光照射在試樣平滑表面上，由試樣表面對(duì)此波長(zhǎng)光線的反射率與標(biāo)準(zhǔn)白度的對(duì)比樣反射率的比值作為填料的白度值。我國(guó)目前生產(chǎn)的重質(zhì)碳酸鈣白度值都可達(dá)到90%以上，最高可達(dá)95%以上，而滑石粉的白度值一般在80-90%。塑料改性用的填料具有的特征2023/10/510填充劑-碳酸鈣碳酸鈣碳酸鈣是最常用的無(wú)機(jī)粉狀填料。可分為輕質(zhì)碳酸鈣、重質(zhì)碳酸鈣、膠質(zhì)碳酸鈣，一般常用輕質(zhì)碳酸鈣。在一般填料中屬于廉價(jià)填料。碳酸鈣無(wú)毒，白度大，無(wú)活性。其中輕質(zhì)碳酸鈣是用化學(xué)方法制造的碳酸鈣，學(xué)名叫沉降性碳酸鈣；重質(zhì)碳酸鈣是由石灰石經(jīng)選礦、粉碎、分級(jí)、表面處理而成的碳酸鈣；膠質(zhì)碳酸鈣是一種白色細(xì)膩、軟質(zhì)粉末，與輕質(zhì)碳酸鈣不同之處是，其粒子表面吸附一層脂肪酸皂，使碳酸鈣具有膠體活化性能，比重小于輕質(zhì)碳酸鈣，填充塑料時(shí)，能提高制品的耐沖擊性，并改善表面的光澤及光滑度。2023/10/511

碳酸鈣生產(chǎn)方法2023/10/512碳酸鈣在塑料中的作用在塑料中加入碳酸鈣可以起到以下作用：1）增量，降低成本。2）提高塑料制品的耐熱性，在聚丙烯中添加40％的碳酸鈣，其熱變形溫度可提高20℃左右。3）改進(jìn)塑料的散光性，起到遮光或消光的作用。4）改善塑料制品的電鍍性能或印刷性能5）減少塑料制品尺寸收縮率，提高尺寸穩(wěn)定性。碳酸鈣在塑料中的作用

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滑石粉的片狀結(jié)構(gòu)使得滑石粉填充塑料的某些性能得到較大的改善，有人把滑石粉看成是增強(qiáng)性填料。首先滑石粉可以提高填充材料的剛度和在高溫下抗蠕變的性能。當(dāng)滑石粉顆粒沿加工時(shí)物料流動(dòng)方向排列時(shí)，按最小阻力的原理，其排列基本上都呈片狀，由小片連成大片。因而在特定方向上材料剛度的提高是顯著的。其次滑石粉可以顯著提高填充材料耐熱性。用于衡量材料耐熱性能的熱變形溫度是指試樣在負(fù)荷作用下彎曲到一定程度時(shí)的溫度，片狀的滑石粉在特定方向上可使熱變形溫度提高是自然的。滑石粉2023/10/514高嶺土是粘土中的一種，是一種水合硅酸鋁礦物質(zhì)。它的單晶是一種雙層水合硅酸鋁，一層是二氧化硅，一層是水合氧化鋁，通過(guò)化學(xué)結(jié)合而成，具有六角形片狀構(gòu)型。高嶺土中的結(jié)合水在1000℃以上高溫時(shí)才會(huì)失去，但高嶺土極易吸潮，在使用前必須加以干燥。高嶺土顆粒具有極強(qiáng)的結(jié)團(tuán)傾向，顆粒粒徑越小就越顯著，為了使高嶺土的顆粒在塑料基體中分散，對(duì)高嶺土要進(jìn)行表面處理。表面處理也可有效地抑制其酸性活化點(diǎn)。高嶺土在塑料中使用時(shí)，在不顯著降低延伸率和沖擊強(qiáng)度的情況下，可提高玻璃化溫度較低的熱塑性塑料的拉伸強(qiáng)度和模。高嶺土2023/10/515通常使用高嶺土主要是為了提高塑料的絕緣強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)低溫煅燒的，其電性能最佳，經(jīng)過(guò)高溫煅燒的可獲得較高的白度，其煅燒溫度為500-1000℃。近年來(lái)的研究表明，高嶺土對(duì)紅外線的阻隔作用顯著。這一特性除用于軍事目的外，在農(nóng)用薄膜中也得到應(yīng)用，它可以提高塑料大棚的保溫作用。高嶺土在聚丙烯中還起到成核劑的作用，即在聚丙烯從高溫狀態(tài)冷卻時(shí)，高嶺土的存在可促使聚丙烯圍繞高嶺土顆粒結(jié)晶，其晶粒微細(xì)，數(shù)量增多，有利于提高聚丙烯的剛性和強(qiáng)度。高嶺土2023/10/516云母的主要的成分是硅酸鉀鋁，按來(lái)源和種類不同也可含有不同比例的鎂、鐵、鋰或氟，因此各類云母的化學(xué)組成有很大差別。通常用作電氣絕緣材料的是硬質(zhì)云母，也叫白云母；作為發(fā)電機(jī)整流墊片的軟質(zhì)云母或鎂云母；云母的晶形是片狀的，其徑厚比較大，而且如果能保持到填充塑料制品加工完仍為大徑厚比，則其增強(qiáng)效果是十分突出的。云母在填充塑料中的體積分?jǐn)?shù)高時(shí)，其材料的模量可與鋁相當(dāng)，敲打或落在堅(jiān)硬的物體表面上時(shí)會(huì)發(fā)出類似金屬的聲響云母主要用來(lái)提高塑料制品的剛性和耐熱性云母2023/10/517硅灰石

硅灰石作為填料在塑料中的作用主要是用來(lái)提高拉伸強(qiáng)度和撓曲強(qiáng)度。硅灰石粉最有希望的應(yīng)用領(lǐng)域是在玻璃纖維增強(qiáng)塑料中充分利用自身針狀結(jié)晶的特點(diǎn)，代替部分玻璃纖維，因?yàn)槎叩牟顑r(jià)在十倍以上。值得注意的是硅灰石粉填充的填料吸水性顯著降低，這個(gè)特點(diǎn)可以改進(jìn)吸水性較強(qiáng)的尼龍制品在潮濕環(huán)境下因吸水而導(dǎo)致強(qiáng)度和模量下降的缺點(diǎn)。2023/10/518工業(yè)排放物所稱三廢是指廢氣、廢液和廢渣。工業(yè)廢渣或者掩埋或者排入江、河、湖、海，或者露天堆放，或者占用良田，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此治理三廢保護(hù)環(huán)境是人類社會(huì)當(dāng)前最為迫切的任務(wù)之一。使用工業(yè)廢渣作為塑料填料其社會(huì)意義深遠(yuǎn)。

粉煤灰玻璃微珠球形顆粒填充塑料，從理論上說(shuō)，對(duì)基體樹脂的粘度和流動(dòng)性影響很小，也不存在其它非球形顆粒容易造成的應(yīng)力集中現(xiàn)象，因而，利用填充塑料的成型加工，對(duì)諸如沖擊強(qiáng)度等性能的變化影響較小。人工制造的球形顆粒分為實(shí)心球和空心球兩大類。實(shí)心球顆粒，可以是玻璃的，也可以是金屬的或有機(jī)聚合物?？招那蝾w粒多數(shù)是玻璃的，也有從瀝青制得的空心炭球以及用發(fā)泡方法制成的高分子聚合物單孔或多孔的小球。工業(yè)廢渣2023/10/519紅泥也稱為赤泥，是煉鋁廠排放的廢渣。以高品位鋁土礦為原料，采用濕法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)排出的稱為拜耳法紅泥；以低品位鋁土礦為原料，采用干法生產(chǎn)氧化鋁時(shí)排出的稱為燒結(jié)法紅泥；以品位介于兩者之間的中品位鋁土礦為原料，先用拜耳法生產(chǎn)氧化鋁，將生產(chǎn)出的紅泥再用燒結(jié)法生產(chǎn)氧化鋁，再排出的稱為聯(lián)合法紅泥。紅泥2023/10/520紅泥對(duì)聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性有利，可提高耐光、熱老化性質(zhì)，延長(zhǎng)塑料制品的使用年限。從而可延長(zhǎng)聚氯乙烯制品尤其是戶外使用制品的使用壽命，如做戶外遮陽(yáng)棚的波浪板等。雖然經(jīng)常直接受到日光的照射，加有紅泥的聚氯乙烯波紋板可比未加紅泥的使用年限延長(zhǎng)5-10!%倍。紅泥的色澤為紅褐色，這就大大限制了它在許多種塑料中的應(yīng)用。紅泥2023/10/521

晶須是單絲形式的小單晶體，可用于制備具有優(yōu)良物理力學(xué)性能的復(fù)合材料。晶須兼有玻纖和硼纖維的突出性能，它們具有玻纖的伸長(zhǎng)率（3-4％）和硼纖維的高彈性模量。絕大多數(shù)晶須是通過(guò)氣相反應(yīng)制備的。為了獲得最大的增強(qiáng)作用，纖維必須具有合適的長(zhǎng)度、形狀和正確的橫截面。如果纖維在聚合物熔體中能很好地潤(rùn)濕和取向，塑料的拉伸強(qiáng)度往往能夠提高10-20倍晶須2023/10/522第二節(jié)母料

1色母料色母粒是把超常量的顏料均勻地載附于樹脂之中而制得的聚集體。著色母粒較傳統(tǒng)的浮染法有一系列優(yōu)點(diǎn)。（1）分散均勻、質(zhì)量?jī)?yōu)良（2）產(chǎn)品成本較低（3）配色技術(shù)及操作簡(jiǎn)單（4）操作環(huán)境良好2023/10/523聚烯烴色母粒的組成主要為：顏料、分散劑、載體三部分。1）顏料聚烯烴著色母粒所用國(guó)產(chǎn)顏（染）料如下：有機(jī)顏料：酞菁紅、耐曬大紅##$、塑料紅、偶氮紅、大分子紅、大分子黃、永固黃、酞菁藍(lán)、酞菁綠、永固紫等。無(wú)機(jī)顏料：鎘紅、鎘黃、氧化鐵紅、氧化鐵黃、鈦白、炭黑。對(duì)于聚丙烯纖維用顏料由于紡絲溫度過(guò)高，某些顏料耐溫不夠，需要仔細(xì)考慮加工方面的要求。色母料組成介紹2023/10/5242）分散劑分散劑主要作用是將顏料分散成細(xì)微、穩(wěn)定和能均勻分布在塑料中的一定粒徑顆粒，并在加工過(guò)程中不再凝聚。同時(shí)它與樹脂的相容性良好，不影響產(chǎn)品質(zhì)量。分散劑的熔點(diǎn)應(yīng)較樹脂低，并和顏料有較好的親和力。聚烯烴用分散劑為：聚乙烯低分子蠟、氧化聚乙烯、硬脂酸鹽等等。3）載體載體是色母粒的基體，并可使色母粒呈顆粒狀。選擇載體要考慮與被著色樹脂相容性好，同時(shí)載體的流動(dòng)性應(yīng)大于被著色樹脂，且著色后不影響制品的性能。色母料組成介紹2023/10/525

制造色色母的流程2023/10/526

目前，許多塑料制品，如醫(yī)療衛(wèi)生用具，餐飲器具、廚房用具，電信行業(yè)中電話機(jī)、計(jì)算機(jī)鍵盤、軟磁盤盒、傳真機(jī)的受話器等，家電行業(yè)中的電冰箱內(nèi)膽、洗衣機(jī)內(nèi)桶、換氣扇、空調(diào)器等，日用品中的污物桶、玩具、文具等，衛(wèi)生條件要求高的塑料包裝材料等，都要求在保持塑料制品原有的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、電學(xué)性能基礎(chǔ)上，還要具有優(yōu)良的殺菌、抑菌性能，這時(shí)在生產(chǎn)上述產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)添加抗菌母料，以滿足市場(chǎng)要求，達(dá)到安全、衛(wèi)生、健康的指標(biāo)。2、抗菌劑2023/10/527銀離子類抗菌劑是最常用的抗菌劑，一般硝酸銀、碘化銀、磺胺嘧啶銀等銀離子再和硅酸鈣、磷酸氫鈣、羥基磷等陶瓷材料制成銀陶瓷粉抗菌劑。銀離子的殺菌作用是：當(dāng)銀離子和細(xì)菌接觸時(shí)，強(qiáng)烈地吸附細(xì)菌，使細(xì)菌上的酶被轉(zhuǎn)化而失去活性，該酶是細(xì)菌的呼吸系統(tǒng)關(guān)鍵，因此使細(xì)菌迅速死亡。另外二氧化鋯、磷酸二氫銨、碳酸鋰等為基礎(chǔ)原料制成的殺菌材料，目前也已問(wèn)世，該殺菌劑耐高溫、耐酸堿優(yōu)良?？咕鷦┳饔?023/10/528防霧滴劑也叫無(wú)滴劑料、抗霧滴劑或抗霧劑料。有時(shí)為提高農(nóng)膜的使用壽命，在添加防霧滴劑的同時(shí)，另外再加入抗氧劑、抗紫外線劑等助劑，即所謂雙防劑-防霧滴、防老化。在塑料農(nóng)用薄膜中，添加防霧滴母料，其作用：一是防止形成霧狀膜，影響太陽(yáng)光透過(guò)；二是防止聚集水滴形成所謂“透鏡”作用，燒傷農(nóng)作物，或是水滴落下來(lái)?yè)p傷農(nóng)作物，一般常用于聚乙烯或聚氯乙烯農(nóng)膜中。防霧滴劑可以消除塑料薄膜上的水霧，保持其透明度，促進(jìn)農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育。還可以提高塑料薄膜的表面張力，這樣可使細(xì)小的水珠不容易凝結(jié)，而迅速地從膜上流下去，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。3、防霧滴劑2023/10/529相容劑

另外保鮮食品用塑料薄膜的防霧滴母料，要求具有低溫防霧性和初期防霧性，比農(nóng)業(yè)用薄膜的要求嚴(yán)格。常用品種山梨糖醇酐單月桂酸酯

、山梨糖醇酐單棕櫚酸酯

、山梨糖醇酐單硬脂酸酯

、山梨糖醇酐單油酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單月桂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單硬脂酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐單油酸酯、單硬脂酸甘油酯、山梨醇雙硬脂酸酯、水糖醇單硬脂酸2023/10/530相容劑

相容劑種類：1.CPE：CPE可以作為PVC與LDPE或HDPE的相容劑.2.PP-g-MAH：馬來(lái)酸酐接枝物可作為PP與極性材料的相容劑，如

PP+PA6.2023/10/531交聯(lián)劑

將熱塑性聚合物轉(zhuǎn)化為三維網(wǎng)狀的過(guò)程稱為交聯(lián)，能使聚合物產(chǎn)生交聯(lián)的物質(zhì)稱為交聯(lián)劑。交聯(lián)是聚合物改性的一個(gè)重要手段，它可以提高耐熱性、拉伸強(qiáng)度和耐化學(xué)性等性能，擴(kuò)大制品的使用范圍，在實(shí)際聚合物生產(chǎn)中，交聯(lián)劑有時(shí)稱作固化劑、熟化劑和硫化劑等。由于聚合物的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)不同，所用交聯(lián)劑亦異，如有機(jī)過(guò)氧化物、胺類、酸酐類和咪唑類等，其中以有機(jī)過(guò)氧化物應(yīng)用廣泛、最為重要。2023/10/532

交聯(lián)劑的選擇應(yīng)視聚合物的品種、加工工藝和制品性能而定。所選過(guò)氧化物的分解性應(yīng)與聚合物的加工條件相適應(yīng)，在塑煉時(shí)不分解，而在實(shí)際交聯(lián)溫度下又能快速交聯(lián)。交聯(lián)劑選用原則2023/10/533

為了適應(yīng)工藝技術(shù)要求，過(guò)氧化物交聯(lián)劑必須滿足下列條件：1）在運(yùn)輸、貯存和加工過(guò)程中必須是安全的；2）不易揮發(fā)，以避免在混合過(guò)程中損失；3）與彈性體和塑料充分相容；4）在規(guī)定的溫度下，其分解產(chǎn)物應(yīng)保證交聯(lián)迅速進(jìn)行，而沒(méi)有早期交聯(lián)的傾向（預(yù)硫化，過(guò)早硫化）；5）只發(fā)生對(duì)聚合物改性的交聯(lián)反應(yīng)；6）