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塑料助劑
定義

    塑料助劑又叫塑料添加劑,是聚合物(合成樹脂)進行成型加工時為改善其加工性能或為改善樹脂本身性能所不足而必須添加的一些化合物。例如,為了降低聚氯乙烯樹脂的成型溫度,使制品柔軟而添加的增塑劑;又如為了制備質量輕、抗振、隔熱、隔音的泡沫塑料而要添加發泡劑;有些塑料的熱分解溫度與成型加工溫度非常接近,不加入熱穩定劑就無法成型。因而,塑料助劑在塑料成型加工中占有特別重要的地位。用于塑料成型加工品的一大類助劑,包括增塑劑、熱穩定劑、抗氧劑、光穩定劑、阻燃劑、發泡劑、抗靜電劑、防霉劑、著色劑和增白劑(見顏料)、填充劑、偶聯劑、潤滑劑、脫模劑等。其中著色劑、增白劑和填充劑不是塑料專用化學品,而是泛用的配合材料。

塑料助劑種類

    塑料助劑的分類方式有多種,比較通行的方法是按照助劑的功能和作用進行分類。在功能相同的類別中,往往還要根據作用機理或者化學結構類型進一步細分。

 改善加工性能 潤滑劑、脫模劑、穩定劑、加工助劑、觸變劑、增塑劑、PVC穩定劑
 改善力學性能 增塑劑、增強填充劑、增韌劑、抗擊改性劑
 改善光學性能 顏料、染料、成核劑、熒光增白劑
 改善老化性能 抗氧劑、PVC穩定劑、紫外光吸收劑、殺菌劑、防霉劑
 改善表面性能 抗靜電劑、滑爽劑、耐磨劑、防粘連劑、防霧劑
 降低成本 稀釋劑、增溶劑、填料
 改善其他性能 發泡劑、助燃劑、化學交聯劑、偶聯劑、防啃咬劑

    增塑劑

    增塑劑是一類增加聚合物樹脂的塑性,賦予制品柔軟性的助劑,也是迄今為止產耗量最大的塑料助劑類別。增塑劑主要用于PVC軟制品,同時在纖維素等極性塑料中亦有廣泛的應用。增塑劑所涉及的化合物類別大致包括鄰苯二甲酸酯、脂肪二羧酸酯、偏苯三酸酯、聚酯、環氧酯、烷基磺酸苯酯、磷酸酯和氯化石蠟等,尤以鄰苯二甲酸酯類最為重要。

    鄰苯二甲酸酯類塑化劑的常見品種包括:鄰苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)【有時亦稱鄰苯二甲酸二異辛酯(DiOP或DIOP),工業和商業上國際通行稱呼DOP,實際上特指DEHP】、鄰苯二甲酸二正辛酯(DNOP或DnOP)、鄰苯二甲酸丁芐酯(BBP)、鄰苯二甲酸二仲辛酯(DCP)、鄰苯二甲酸二環己酯(DCHP)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)、鄰苯二甲酸二異丁酯(DIBP)、鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)、鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)、鄰苯二甲酸二異癸酯(DIDP)。

    熱穩定劑
    如果不加說明,熱穩定劑專指聚氯乙烯及氯乙烯共聚物加工所使用的穩定劑。聚氯乙烯及氯乙烯共聚物屬熱敏性樹脂,它們在受熱加工時極易釋放氯化氫,進而引發熱老化降解反應。熱穩定劑一般通過吸收氯化氫,取代活潑氯和雙鍵加成等方式達到熱穩定化的目的。工業上廣泛應用的熱穩定劑品種大致包括鹽基性鉛鹽類、金屬皂類、有機錫類、有機銻類等主穩定劑和環氧化合物類、亞磷酸酯類、多元醇類、個二酮類等有機輔助穩定劑。由主穩定劑、輔助穩定劑與其他助劑配合而成的復合穩定劑品種,在熱穩定劑市場具有舉足輕重的地位。

    加工改性劑

    傳統意義上的加工改性劑幾乎特指硬質PVC加工過程中所使用的旨在改善塑化性能、提高樹脂熔體黏彈性和促進樹脂熔融流動的改性助劑,此類助劑以丙烯酸酯類共聚物(ACR)為主,在硬質PVC制品加工中具有突出的作用。現代意義上的加工改性劑概念已經延展到聚烯烴(如線性低密度聚乙烯LLDPE)、工程熱塑性樹脂等領域,預計未來幾年茂金屬樹脂付諸使用后還會出現更新更廣的加工改性劑品種。
抗沖擊改性劑

    廣義地講,凡能提高硬質聚合物制品抗沖擊性能的助劑統稱為抗沖擊改性劑。傳統意義上的抗沖擊改性劑基本建立在彈性增韌理論的基礎上,所涉及的化合物也幾乎無一例外地屬于各種具有彈性增韌作用的共聚物和其他的聚合物。以硬質PVC制品為例,而今應用市場廣泛使用的品種主要包括氯化聚乙烯(CPE)、丙烯酸酯共聚物(ACR)、甲基丙烯酸酯—丁二烯—苯乙烯共聚物(MBS)、乙烯—乙烯基醋酸酯共聚物(EVA)和丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物(ABS)等。聚丙烯增韌改性中使用的三元乙丙橡膠(EPDM)亦屬橡膠增韌的范圍。20世紀80年代以后,一種無機剛性粒子增韌聚合物的理論應運而生,加上納米技術的飛速發展,賦予了塑料增韌改性和抗沖擊改性劑新的含義。對此,國內外已有大量的專著和文獻見諸報道。

    阻燃劑

    塑料制品多數具有易燃性,這對其制品的應用安全帶來了諸多隱患。準確地講,阻燃劑稱作難燃劑更為恰當,因為“難燃”包含著阻燃和抑煙兩層含義,較阻燃劑的概念更為廣泛。然而,長期以來,人們已經習慣使用阻燃劑這一概念,所以在文獻中所指的阻燃劑實際上是阻燃作用和抑煙功能助劑的總稱。阻燃劑依其使用方式可以分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。添加型阻燃劑通常以添加的方式配合到基礎樹脂中,它們與樹脂之間僅僅是簡單的物理混合;反應型阻燃劑一般為分子內包含阻燃元素和反應性基團的單體,如鹵代酸酐、鹵代雙酚和含磷多元醇等,由于具有反應性,可以化學鍵合到樹脂的分子鏈上,成為塑料樹脂的一部分,多數反應型阻燃劑結構還是合成添加型阻燃劑的單體。按照化學組成的不同,阻燃劑還可分為無機阻燃劑和有機阻燃劑。無機阻燃劑包括氫氧化鋁、氫氧化鎂、氧化銻、硼酸鋅和赤磷等,有機阻燃劑多為鹵代烴、有機溴化物、有機氯化物、磷酸酯、鹵代磷酸酯、氮系阻燃劑和氮磷膨脹型阻燃劑等。抑煙劑的作用在于降低阻燃材料的發煙量和有毒有害氣體的釋放量,多為鉬類化合物、錫類化合物和鐵類化合物等。盡管氧化銻和硼酸鋅亦有抑煙性,但常常作為阻燃協效劑使用,因此歸為阻燃劑體系。

    抗氧劑
    以抑制聚合物樹脂熱氧化降解為主要功能的助劑,屬于抗氧劑的范疇。抗氧劑是塑料穩定化助劑最主要的類型,幾乎所有的聚合物樹脂都涉及到抗氧劑的應用。按照作用機理,傳統的抗氧劑體系一般包括主抗氧劑、輔助抗氧劑和重金屬離子鈍化劑等。主抗氧劑以捕獲聚合物過氧自由基為主要功能,又有“過氧自由基捕獲劑”和“鏈終止型抗氧劑”之稱,涉及芳胺類化合物和受阻酚類化合物兩大系列產品。輔助抗氧劑具有分解聚合物過氧化合物的作用,也稱“過氧化物分解劑”,包括硫代二羧酸酯類和亞磷酸酯化合物,通常和主抗氧劑配合使用。重金屬離子鈍化劑俗稱“抗銅劑”,能夠絡合過渡金屬離子,防止其催化聚合物樹脂的氧化降解反應,典型的結構如酰肼類化合物等。最近幾年,隨著聚合物抗氧理論研究的深入,抗氧劑的分類也發生了一定的變化,最突出的特征是引入了“碳自由基捕獲劑”的概念。這種自由基捕獲劑有別于傳統意義上的主抗氧劑,它們能夠捕獲聚合物烷基自由基,相當于在傳統抗氧體系中增設了一道防線。此類穩定化助劑而今見諸報道的主要包括芳基苯并呋喃酮類化合物、雙酚單丙烯酸酯類化合物、受阻胺類化合物和羥胺類化合物等,它們和主抗氧劑、輔助抗氧劑配合構成的三元抗氧體系能夠顯著提高塑料制品的抗氧穩定效果。應當指出,胺類抗氧劑具有著色污染性,多用于橡膠制品,而酚類抗氧劑及其與輔助抗氧劑、碳自由基捕獲劑構成的復合抗氧體系則主要用于塑料及艷色橡膠制品。

    光穩定劑

    光穩定劑也稱紫外線穩定劑,是一類用來抑制聚合物樹脂的光氧降解,提高塑料制品耐候性的穩定化助劑。根據穩定機理的不同,光穩定劑可以分為光屏蔽劑、紫外線吸收劑、激發態猝滅劑和自由基捕獲劑。光屏蔽劑多為炭黑、氧化鋅和一些無機顏料或填料,其作用是通過屏蔽紫外線來實現的。紫外線吸收劑對紫外線具有較強的吸收作用,并通過分子內能量轉移將有害的光能轉變為無害的熱能形式釋放,從而避免聚合物樹脂吸收紫外線能量而誘發光氧化反應。紫外線吸收劑所涉及的化合物類型較多,主要包括二苯甲酮類化合物、苯并三唑類化合物、水楊酸酯類化合物、取代丙烯腈類化合物和三嗪類化合物等。激發態猝滅劑意在猝滅受激聚合物分子上的能量,使之回復到基態,防止其進一步導致聚合物鏈的斷裂。激發態猝滅劑多為一些鎳的絡合物。自由基捕獲劑以受阻胺為官能團,其相應的氮氧自由基是捕獲聚合物自由基的根本,而且由于這種氮氧自由基在穩定化過程中具有再生性,因此光穩定效果非常突出,迄今已經發展成為品種最多、產耗量最大的光穩定劑類別。當然,受阻胺光穩定劑的作用并不僅僅局限在捕獲自由基方面,研究表明,受阻胺光穩定劑往往同時兼備分解氫過氧化物、猝滅單線態氧等作用。

    填充增強體系助劑

    填充和增強是提高塑料制品物理機械性能和降低配合成本的重要途徑。塑料工業中所涉及的增強材料一般包括玻璃纖維、碳纖維、金屬晶須等纖維狀材料。填充劑是一種增量材料,具有較低的配合成本,包括碳酸鈣、滑石粉、陶土、云母粉、二氧化硅、硫酸鈣、粉煤灰、紅泥以及木粉和纖維素等天然礦物、合成無機物和工業副產物。事實上,增強劑和填充劑之間很難區分清楚,因為幾乎所有的填充劑都有增強作用。由于填充劑和增強劑在塑料中的用量很大,有的已經自成一個行業體系,習慣上已不在加工助劑的范疇討論。應當說明的是,而今廣泛研究的納米填充增強材料對塑料的改性作用已經遠遠超出填充和增強的意義,它們的應用將給塑料工業帶來一場新的革命。偶聯劑是無機和天然填充與增強材料的嚷面改性劑,由于塑料工業中的增強和填充材料多為無機材料,配合量又大,與有機樹脂直接配合時往往導致塑料配合物加工和應用性能的下降。偶聯劑作為表面改性劑能夠通過化學作用或物理作用使無機材料的表面有機化,進而增加配合量并改善配合物的加工和應用性能。見諸報道的偶聯劑大致包括長碳鏈脂肪酸、硅烷類化合物、有機鉻化合物、鈦酸酯類化合物、鋁酸酯類化合物、鋯酸酯類化合物以及酸酐接枝的聚烯烴等。

    抗靜電劑

    抗靜電劑的功能在于降低聚合物制品的表面電阻,消除靜電積累可能導致的靜電危害。按照使用方式的不同,抗靜電劑可以分為內加型和涂敷型兩種類型。內加型抗靜電劑是以添加或共混的方式配合到塑料配方中,成型后從制品的內部遷移到表面或形成導電網絡,進而達到降低表面電阻泄放電荷的目的。涂敷型抗靜電劑是以涂布或浸潤的方式附著在塑料制品的表面,藉此吸收環境中的水分,形成能夠泄放電荷的電解質層。從化學物質的組成來看,傳統的抗靜電劑幾乎無一例外地屬于表面活性劑類化合物,包括季銨鹽類陽離子表面活性劑,烷基磺酸鹽類陰離子表面活性劑,烷醇胺、烷醇酰胺和多元醇脂肪酸酯等非離子表面活性劑等。然而,新出現的“高分子量永久型抗靜電劑”打破了這種常規,它們一般系親水性的嵌段共聚物,以共混合金的方式與基礎樹脂配合,通過形成導電通道傳導電荷。與表面活性劑類抗靜電劑相比,這種高分子量永久型抗靜電劑不會因遷移、揮發和萃取而損失,因而抗靜電性持久穩定,并極少受環境濕度的影響。

    潤滑劑和脫模劑

    潤滑劑是配合在聚合物樹脂中,旨在降低樹脂粒子、樹脂熔體與加工設備之間以及樹脂熔體內分子間摩擦,改善其成型時的流動性和脫模性的加工改性助劑,多用于熱塑性塑料的加工成型過程,包括烴類(如聚乙烯蠟、石蠟等)、脂肪酸類、脂肪醇類、脂肪酸皂類、脂肪酸酯類和脂肪酰胺類等。脫模劑可涂敷于模具或加工機械的表面,亦可添加于基礎樹脂中,使模型制品易于脫模,并改善其表面光潔性臥前者稱為涂敷型脫模劑,是脫模劑的主體,后者為內脫模劑,具有操作簡便等特點。硅油類物質是工業上應用最為廣泛的脫模劑類型。

    分散劑

    我們知道,塑料制品實際上是基礎樹脂與各種顏料、填料和助劑的混合體,顏料、填料和助劑在樹脂中的分散程度對塑料制品性能的優劣至關重要。分散劑是一種促進各種輔助材料在樹脂中均勻分散的助劑,多用于母料、著色制品和高填充制品。包括烴類(石蠟油、聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟等)、脂肪酸皂類、脂肪散酯類和脂肪酰胺類等。

    交聯劑

    塑料的交聯與橡膠的硫化本質上沒有太大的差別,但在交聯助劑的使用上卻不完全相同。樹脂的交聯方式主要有輻射交聯和化學交聯兩種方式,有機過氧化物是工業上應用最廣泛的交聯劑類型。有時為了提高交聯度和交聯速度,常常需要并用一些助交聯劑和交聯促進劑。助交聯劑是用來抑制有機過氧化物交聯劑在交聯過程中對聚合物樹脂主鏈可能產生的自由基斷裂反應,提高交聯效果,改善交聯制品的性能,其作用在于穩定聚合物自由基。交聯促進劑則以加快交聯速度,縮短交聯時間為主要功能。不飽和聚酯和環氧樹脂等熱固性塑料的固化劑亦屬交聯劑的范疇,常見的類型如有機胺和有機酸酐類化合物。另外,紫外線輻射交聯工藝中所使用的光敏化劑也可視作交聯助劑看待。

    發泡劑

    用于聚合物配合體系,旨在通過釋放氣體獲得具有微孔結構聚合物制品,達到降低制品表觀密度之目的的助劑稱之為發泡劑。根據發泡過程產生氣體的方式不同,發泡劑可以分為物理發泡劑和化學發泡劑兩種主要類型。物理發泡劑一般依靠自身物理狀態的變化釋放氣體,多為揮發性的液體物質,氟氯烴(如氟里昂)、低烷烴(如戊烷)和壓縮氣體是物理發泡劑的代表。化學發泡劑則是基于化學分解釋放出來的氣體進行發泡的,按照結構的不同分為無機類化學發泡劑和有機類化學發泡劑。無機發泡劑主要是一些對熱敏感的碳酸鹽類(如碳酸鈉、碳酸氫銨等)、亞硝酸鹽類和硼氫化合物等,其特征是發泡過程吸熱,也稱吸熱型發泡劑。有機發泡劑在塑料發泡劑市場具有非常突出的地位,代表性的品種有偶氮類化合物、N—亞硝基類化合物和磺酰肼類化合物等。有機發泡劑的發泡過程多伴隨放熱反應,又有放熱型發泡劑之稱。此外,一些具有調節發泡劑分解溫度的助劑,即發泡助劑亦屬發泡劑之列。

    防霉劑

    防霉劑又稱微生物抑制劑,是一類抑制霉菌等微生物生長,防止聚合物樹脂被微生物侵蝕而降解的穩定化助劑。絕大多數聚合物材料對霉菌并不敏感,但由于其制品在加工中添加了增塑劑、潤滑劑、脂肪酸皂類等可以滋生霉菌類的物質而具有霉菌感受性。塑料用防霉劑所包含的化學物質很多,比較常見的品種包括有機金屬化合物(如有機汞、有機錫、有機銅、有機砷等)、含氮有機化合物、含硫有機化合物、含鹵有機化合物和酚類衍生物等。

    防啃咬劑

    防啃咬劑也稱防鼠咬劑,可使嚙齒類動物的口腔粘膜和味覺神經因受到強烈刺激而厭棄對其嚼咬破壞,對鼠類、野生動物、鳥類、貓狗等寵物有顯著的防止咬害效果。特別適用于農膜,管材,可替代不銹鋼鎧裝外殼,大大降低生產成本。

塑料助劑的特征

    (1) 應與被添加的合成樹脂有較好的相容性,能長期穩定,均勻的分散在樹脂中。

    (2) 協同效應。要盡量使用相互間能促進功能發揮的塑料助劑。

    (3) 耐久性好。不滲析,不會發,不遷移或被水及液體物質萃取。

    (4) 適合制品的使用要求。

    (5) 對加工條件的適應性要好。

    (6) 分散性好,能在加工成型的過程中容易分散均勻。這六點可以滿足大多數制品對助劑的要求。當然很多PVC制品對PVC穩定劑有特殊的要求,這些要求在PVC穩定劑的發展中得到解決。

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