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塑料改性配方設(shè)計中助劑選用十大要點(diǎn)
????????助劑的選擇在塑料改性配方設(shè)計中至關(guān)重要，助劑猶如烹飪時的各種調(diào)料，只有將調(diào)料(助劑)的種類、用量、搭配方式等要素與主菜(基體樹脂)有機(jī)結(jié)合起來，才能做出美味的佳肴，用于塑料改性中，其道理也是一樣的，但要想設(shè)計出一個高性能、易加工、低成本的配方也并非易事，需要考慮的因素很多。以下分享設(shè)計塑料改性配方時助劑選用的十個要點(diǎn)，供參考。
????????一、針對不同功能助劑的選擇
????????增韌——選彈性體、熱塑性彈性體和剛性增韌材料;
????????增強(qiáng)——選玻璃纖維、碳纖維、晶須和有機(jī)纖維;
????????阻燃——溴類(普通溴系和環(huán)保溴系)、磷類、氮類、氮/磷復(fù)合類膨脹型阻燃劑、三氧化二銻、水合金屬氫氧化物;
????????抗靜電——各類抗靜電劑;
????????導(dǎo)電——碳類(炭黑、石墨、碳纖維、碳納米管)、金屬纖維和金屬粉、金屬氧化物;
????????磁性——鐵氧體磁粉、稀土磁粉包括釤鈷類(SmCo5或Sm2Co17)、釹鐵硼類(NdFeB)、釤鐵氮類(SmFeN)以及鋁鎳鈷類磁粉三大類;
????????導(dǎo)熱——金屬纖維和金屬粉末、金屬氧化物、氮化物和碳化物;
????????耐熱——玻璃纖維、無機(jī)填料、耐熱劑如取代馬來酰亞胺類和β晶型成核劑;
????????透明——成核劑;
????????耐磨——石墨、二硫化鉬、銅粉等;
????????絕緣——煅燒高嶺土;
????????阻隔——云母、蒙脫土、石英等。
????????二、助劑的粒度
????????（1）助劑粒度對力學(xué)性能的影響
????????粒度越小，對填充材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度越有益。例如，就沖擊強(qiáng)度而言, 三氧化二銻的粒徑每減少1μm，沖擊強(qiáng)度就會增加1倍。
????????（2）助劑粒度對阻燃性能的影響
????????阻燃劑的粒度越小，阻燃效果就越好。例如，水合金屬氧化物和三氧化二銻的粒度越小，達(dá)到同等阻燃效果的加入量就越少;ABS中加入4%粒度為45μm的三氧化二銻與加入1%粒度為0.03μm的三氧化二銻阻燃效果相同。
????????（3）助劑粒度對配色的影響
????????著色劑的粒度越小，著色力越高、遮蓋力越強(qiáng)、色澤越均勻。但著色劑的粒度不是越小越好，存在一個極限值，而且對不同性能的極限值不同。對著色力而言，偶氮類著色劑的極限粒度為0.1μm，酞箐類著色劑的極限粒度為0.05μm。對遮蓋力而言，著色劑的極限粒度為0.05μm左右。
????????（4）助劑粒度對導(dǎo)電性能的影響
????????以炭黑為例，其粒度越小，越易形成網(wǎng)狀導(dǎo)電通路，達(dá)到同樣的導(dǎo)電效果加入炭黑的量降低。但同著色劑一樣，粒度也有一個極限值，粒度太小易于聚集而難于分散，效果反倒不好。
????????三、助劑的表面處理
????????助劑與樹脂的相容性要好，這樣才能保證助劑與樹脂按預(yù)想的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分散，保證設(shè)計指標(biāo)的完成，保證在使用壽命內(nèi)其效果持久發(fā)揮，耐抽提、耐遷移、耐析出。大部分配方要求助劑與樹脂均勻分散，對阻隔性配方則希望助劑在樹脂中層狀分布。
????????除表面活性劑等少數(shù)助劑外，與樹脂良好的相容性是發(fā)揮其功效和提高添加量的關(guān)鍵。因此，必須設(shè)法提高或改善其相容性，如采用相容劑或偶聯(lián)劑進(jìn)行表面活化處理等。
????????絕大部分無機(jī)類添加劑的表面經(jīng)過處理后，改性效果都會提高。尤其以填料最為明顯，其它還有玻璃纖維、無機(jī)阻燃劑等。
????????表面處理以偶聯(lián)劑和相容劑為主，偶聯(lián)劑具體如硅烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類，相容劑為樹脂對應(yīng)的馬來酸酐等極性基團(tuán)接枝聚合物。
????????四、助劑的合理加入量
????????有的助劑加入量越多越好：如阻燃劑、增韌劑、磁粉、阻隔劑等。
????????有的助劑加入量有最佳值：如導(dǎo)電助劑，形成到電通路后即可，再加入無效果;偶聯(lián)劑，表面包覆即可，再加無用;抗靜電劑，在制品表面形成泄電荷層即可。
????????五、助劑間的相互作用
????????配方中所選用的助劑在發(fā)揮自身作用的同時，應(yīng)最小限定地影響其他助劑功效的發(fā)揮，最好與其他助劑有協(xié)同作用。在一個具體配方中，為達(dá)到不同的目的，可能加入很多種類的助劑，這些助劑之間的相互關(guān)系很復(fù)雜。有的助劑之間有協(xié)同作用，而有的助劑之間有對抗作用。
????????(1)協(xié)同作用
????????協(xié)同作用是指塑料配方中兩種或兩種以上的助劑一起加入時的效果高于其單獨(dú)加入的平均值。
????????在抗老化的配方中，具體協(xié)同作用有：
????????兩種羥基鄰位取代基位阻不同的酚類抗氧劑并用有協(xié)同效果;
????????兩種結(jié)構(gòu)和活性不同的胺類抗氧劑并用有協(xié)同效果;
????????抗氧化性不同的胺類和酚類抗氧劑復(fù)合使用有協(xié)同效果;
????????全受阻酚類和亞磷酸酯類抗氧劑有協(xié)同作用;
????????半受阻酚類與硫酯類抗氧劑有協(xié)同作用，主要用于戶內(nèi)制品中;
????????受阻酚類抗氧劑和受阻胺類光穩(wěn)定劑;受阻胺類光穩(wěn)定劑與磷類抗氧劑;
????????受阻胺類光穩(wěn)定劑與紫外光吸收劑。
????????在阻燃配方中，協(xié)同作用的例子也很多，主要有：
????????在鹵素/銻系復(fù)合阻燃體系中，鹵系阻燃劑可于Sb2O3發(fā)生反應(yīng)而生成SbX3，SbX3可以隔離氧氣從而達(dá)到增大阻燃效果的目的;
????????在鹵素/磷系復(fù)合阻燃體系中，兩類阻燃劑也可以發(fā)生反應(yīng)而生成PX3、PX2、POX3等高密度氣體，這些氣體可以起到隔離氧氣的作用。另外，兩類阻燃劑還可分別在氣相、液相中相互促進(jìn)，從而提高阻燃效果。
????????(2)對抗作用
????????對抗作用是指塑料配方中兩種或兩種以上的添加劑一起加入時的效果低于其單獨(dú)加入的平均值。
????????在防老化塑料配方中，對抗作用的例子很多，主要有：
????????HALS類光穩(wěn)定劑不與硫醚類輔抗氧劑并用，原因是硫醚類滋生的酸性成分抑制了HALS的光穩(wěn)定作用。
????????芳胺類和受阻酚類抗氧劑一般不與炭黑類紫外光屏蔽劑并用，因?yàn)樘亢趯Π奉惢蚍宇惖闹苯友趸写呋饔靡种瓶寡跣Ч陌l(fā)揮。
????????常用的抗氧劑與某些含硫化物，特別是多硫化物之間，存在對抗作用。其原因也是多硫化物有助氧化作用。
????????如HALS不能與酸性助劑共用，酸性助劑會與堿性的HALS發(fā)生鹽化反應(yīng)，導(dǎo)致HALS失效;在酸性助劑存在時，一般只能選用紫外光吸收劑。
????????在阻燃塑料配方中，也有對抗作用的例子，主要有：
????????鹵系阻燃劑與有機(jī)硅類阻燃劑并用，會降低阻燃效果;
????????紅磷阻燃劑與有機(jī)硅類阻燃劑并用，也存在對抗作用。
????????其它對抗作用的例子有：
????????鉛鹽類助劑不能與含硫化合物的助劑一起使用，否則引起鉛污染。因此在PVC加工配方中，硬脂酸鉛潤滑劑和硫醇類有機(jī)錫千萬不要一起加入;硫醇錫類穩(wěn)定劑不能用于銅電纜的絕緣層中，否則引起銅污染;又如在含有大量吸油性填料的填充配方中，油性助劑如DOP、潤滑劑的加入量要相應(yīng)增大，以彌補(bǔ)被吸收部分。
????????六、助劑的混合
????????有些組分要分次加入。對于填料加入量太大的配方，填料最好分兩次加入。第一次在加料斗，第二次在中間側(cè)加料口。如PE加入150份氫氧化鋁的無鹵阻燃配方，就要分兩次加入，否則不能造粒。對于填料的偶聯(lián)劑處理，一般要分三次噴入方可分散均勻，偶聯(lián)效果好。
????????合理排布加料順序。在PVC或填充母料的配方中，各種料的加料順序很主要。填充母料配方中，要先加填料，混合升溫后可除去其中的水份，有利于后續(xù)的偶聯(lián)處理。在PVC配方中，外潤滑劑要后加，以免影響其它物料的均勻混合。
????????七、助劑對其它性能的負(fù)面影響
????????所設(shè)計的配方應(yīng)該不劣化或最小限定地影響樹脂的基本物理機(jī)械性能，最起碼要保留原有的性能，最好能順便提高原樹脂的某些性能。如高填充配方對復(fù)合材料的力學(xué)性能和加工性能影響很大，沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都大幅度下降，加工流動性變差。如果制品對復(fù)合材料的力學(xué)性能有具體要求，在配方中要做具體補(bǔ)償，如加入彈性體材料彌補(bǔ)沖擊性能，加入潤滑劑改善加工性能。
????????下面舉幾個經(jīng)常受影響的性能：
????????(1)沖擊性。大部分無機(jī)材料和部分有機(jī)材料都降低配方的沖擊性能。為了補(bǔ)償沖擊強(qiáng)度，在設(shè)計配方時需要加入彈性體。如在填充體系的PP/滑石粉/POE配方，在阻燃體系A(chǔ)BS/十溴/三氧化二銻/增韌劑配方。
????????(2)透明性。大多數(shù)無機(jī)材料對透明性都有影響，選擇折光指數(shù)與樹脂相近的無機(jī)材料對透明性影響會小些。近來，透明填充母料比較流行，主要針對HDPE塑膠袋，加入特殊品種的滑石粉對透明性影響小，但不是絕對沒有影響。有機(jī)材料也對透明性有影響，如PVC增韌，只有MBS不影響透明性，而CPE、EVA、ACR都影響其透明性。在無機(jī)阻燃材料中，膠體五氧化二銻不影響透明性。
????????(3)顏色性。有些樹脂本身為深色，如酚醛樹脂本身為棕色、聚苯胺本身為黑色等。有些助劑本身也具有顏色性，如炭黑、碳納米管、石墨、二硫化鉬都為黑色，紅磷為深紅色，各類著色劑為五顏六色。在配方設(shè)計時，一定要注意助劑本身的顏色及變色性，有些助劑本身顏色很深，這會影響制品的顏色，難以加工淺色制品。還有些助劑本身為白色，但在加工中因高溫反應(yīng)而變色，如硅灰石本身為白色，但填充到樹脂中加工后就成淺灰色了。
????????(4)其它性能。塑料的導(dǎo)熱改性一般為加入金屬類和碳類導(dǎo)熱劑，但此類導(dǎo)熱劑又是導(dǎo)電劑，在提高導(dǎo)熱性的同時會提高導(dǎo)電性，從而影響絕緣性。而導(dǎo)熱很多用于要求絕緣的材料，如線路板、接插件、封裝材料等。為此要絕緣導(dǎo)熱不能加入具有導(dǎo)電性的導(dǎo)熱劑，只能加入絕緣類導(dǎo)熱劑，如陶瓷類金屬氧化物。
????????八、助劑加入后的加工性
????????加入助劑后的配方要保證適當(dāng)?shù)目杉庸ば阅?，以保證制品的成型，并對加工設(shè)備和使用環(huán)境無不良影響。復(fù)合材料中助劑的耐熱性要好，在加工溫度下不發(fā)生蒸發(fā)、分解(交聯(lián)劑、引發(fā)劑和發(fā)泡劑除外);助劑的加入對樹脂的原加工性能影響要小;所加入助劑對設(shè)備的磨損和腐蝕應(yīng)盡可能小，加工時不放出有毒氣體，損害加工人員的健康。
????????(1)流動性。大部分無機(jī)填料都影響加工性，如加入量大，需要相應(yīng)加入加工改性劑以補(bǔ)償損失的流動性，如加入潤滑劑等。有機(jī)助劑一般都促進(jìn)加工性，如十溴二苯醚、四溴雙酚A阻燃劑都可促進(jìn)加工流動性，尤其四溴雙酚A的效果更明顯。一般的改性配方都需加入適量的潤滑劑。
????????(2)耐熱性。保證助劑在加工過程中不要分解，除發(fā)泡劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑因功能要求必須要分解外。還要注意以下幾點(diǎn)：氫氧化鋁因分解溫度低，不適合于PP中使用，只能用于PE中;四溴雙酚A因分解溫度低，不適合于ABS的阻燃;大部分有機(jī)染料分解溫度低，不適合高溫加工的工程塑料;香料的分解溫度都低，一般在150℃以下，只能用EVA等低加工溫度的樹脂為載體;改性塑料配方因加工過程中剪切作用強(qiáng)烈，都需要加入抗氧劑，以防止熱分解發(fā)生，而導(dǎo)致原料變黃。
????????九、助劑的環(huán)保性
????????具體要求為配方中的各類助劑對操縱者無害、對設(shè)備無害、對使用者無害、對接觸環(huán)境無害。以前環(huán)保的要求范圍小，只是對食品、藥品等與人體接觸要無毒即可?，F(xiàn)在要求高，與人體間接接觸的也不行，要對環(huán)境無污染，如土、水、大氣層等。
????????用于人體衛(wèi)生的配方所選助劑應(yīng)該絕對無毒，或其含量控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。
????????所選組分不能污染環(huán)境。如：鉛鹽不能用于上水管和電纜護(hù)套，因?yàn)榻M分會從埋地的上水管、架空的電纜護(hù)套經(jīng)雨淋滲入土壤中，農(nóng)作物吸收后人食用。幾種增塑劑DOA、DOP不能用于玩具、食品包裝膜。鉛、鎘、六價鉻、汞重金屬不能用，污染土壤。多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚不能用，產(chǎn)生二噁英，污染大氣層。
????????十、助劑的成本
????????在滿足配方的上述要求基礎(chǔ)上，助劑的成本越低越好。在具體選用助劑時，對同類助劑一定要選低價格的種類。如在PVC穩(wěn)定配方中，能選鉛鹽類穩(wěn)定劑就不要選有機(jī)錫類穩(wěn)定劑;在阻燃配方中，能選硼酸鋅則不選三氧化二銻或氧化鉬。具體應(yīng)遵循以下原則：
????????盡可能選擇低價格原料——降低產(chǎn)品成本;
????????盡可能選庫存原料——不用購買;
????????盡可能選當(dāng)?shù)禺a(chǎn)原料——運(yùn)輸費(fèi)低，可減少庫存量，節(jié)省流動資金;
????????盡可能選國產(chǎn)原料——進(jìn)口原料受外匯、貿(mào)易政策、運(yùn)輸時間等因素影響大;
????????盡可能選通用原料——新原料經(jīng)銷單位少，不易買到，而且性能不穩(wěn)定。
