塑料助劑在塑料成型加工中占有特別重要的地位,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、防黴劑、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...
塑料助劑在塑料成型加工中占有特別重要的地位,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、防黴劑、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(zhuan) 用化學品,而是泛用的配合材料。
如何選擇助劑?
塑料配方設計表麵看起來很簡單,但其實包含了很多內(nei) 在的聯係,為(wei) 了設計出高性能、易加工、低價(jia) 格的配方,選擇助劑時需要考慮的因素很多,按要達到的目的選擇合適的助劑品種,所加入助劑應能充分發揮其預計功效,並達到規定指標。
助劑的具體(ti) 選擇範圍如下:
◆增韌——選彈性體(ti) 、熱塑性彈性體(ti) 和剛性增韌材料;
◆增強——選玻璃纖維、碳纖維、晶須和有機纖維;
◆阻燃——溴類(普通溴係和環保溴係)、磷類、氮類、氮/磷複合類膨脹型阻燃劑、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(ti) 磁粉、稀土磁粉包括釤鈷類(SmCo5或Sm2Co17)、釹鐵硼類(NdFeB)、釤鐵氮類(SmFeN)、鋁鎳;
★導熱——金屬纖維和金屬粉末、金屬氧化物、氮化物和碳化物;碳類材料如炭黑、碳纖維、石墨和碳納米管;半導體(ti) 材料如矽、硼;
★耐熱——玻璃纖維、無機填料、耐熱劑如取代馬來酰亞(ya) 胺類和β晶型成核劑;
助劑如何與(yu) 塑料匹配?
☆紅磷阻燃劑對PA、PBT、PET有效;
☆氮係阻燃劑對含氧類有效,如PA、PBT、PET等;
☆成核劑對共聚聚丙烯效果好;
☆玻璃纖維耐熱改性對結晶性塑料效果好,對非晶型塑料效果差;
☆炭黑填充導電塑料,在結晶性樹脂中效果好。
同一種成分的助劑,其形態不同,對改性作用的發揮影響也很大。
(1)助劑的形狀
○纖維狀助劑的增強效果好(助劑的纖維化程度可用長徑比表示,L/D越大、增強效果越好,這就是為(wei) 什麽(me) 我們(men) 加玻璃纖維要從(cong) 排氣孔加入);
○熔融狀態比粉末狀有利於(yu) 保持長徑比,減小斷纖機率;
○圓球狀助劑的增韌效果好、光亮度高。鋇為(wei) 典型的圓球狀助劑,因此高光澤PP的填充選用鋇,小幅度剛性增韌。
(2)助劑的粒度
①助劑粒度對力學性能的影響:
粒度越小,對填充材料的拉伸強度和衝(chong) 擊強度越有益;
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,達到同等阻燃效果的加入量就越少;
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、色澤越均勻;
④助劑粒度對導電性能的影響:
以炭黑為(wei) 例,其粒度越小,越易形成網狀導電通路,達到同樣的導電效果加入炭黑的量降低。但同著色劑一樣,粒度也有一個(ge) 極限值,粒度太小易於(yu) 聚集而難於(yu) 分散,效果反倒不好。
(3)助劑的表麵處理
所有無機類添加劑的表麵經過處理後,改性效果都會(hui) 提高。尤其以填料為(wei) 明顯,其它還有玻璃纖維、無機阻燃劑等。
表麵處理以偶聯劑和相容劑為(wei) 主,偶聯劑具體(ti) 如矽烷類、鈦酸酯類和鋁酸酯類,相容劑為(wei) 樹脂對應的馬來酸酐接枝聚合物。
我們(men) 的配方設計其實也是一樣,在設計配方的時候必須要有係統性的思維方式,這次我們(men) 就以消泡劑的選取來談談係統性思維的重要性。
談到消泡就不得不提到著名的斯托克斯公式:氣泡的上升速度與(yu) 氣泡的半徑的平方成正比,與(yu) 體(ti) 係的粘度成反比。
那麽(me) 我們(men) 在解決(jue) 整個(ge) 體(ti) 係消泡的時候“粘度”就是貫穿整個(ge) 體(ti) 係的係統性思維的主線。
那麽(me) 我們(men) 來看看
體(ti) 係中都有哪些助劑對粘度有影響。
分散劑
如果您的體(ti) 係是有顏色填料的話,分散劑的選取的不同會(hui) 對整個(ge) 體(ti) 係的流變特性產(chan) 生重大的影響,這種影響在一般的體(ti) 係中的影響權重可能占比不大,或者說我們(men) 感覺不到。
但其實仍然對我們(men) 的消泡,流平會(hui) 產(chan) 生重大影響。
這種影響在高固體(ti) 份或無溶劑體(ti) 係所占的權重就大到不得不認真考慮了。讓我們(men) 來直觀地看一下在無溶劑或高固體(ti) 份體(ti) 係中分散劑對體(ti) 係的整體(ti) 流變性能的影響。
可以看出在無溶劑或高固份環氧體(ti) 係中無論是有機顏料還是無機顏料適合體(ti) 係的解絮凝型的分散劑可以把體(ti) 係的流變類型做到牛頓型(照片右邊樣品),可見體(ti) 係在這種流變特性的情況下無論體(ti) 係粘度有多高,體(ti) 係中的氣泡還是能夠上升的。
但在左邊未加分散劑量或分散劑選擇不當以及分散劑加量不夠的情況下,體(ti) 係的觸變性會(hui) 對後期體(ti) 的消泡流平造成嚴(yan) 重的影響。氣泡在這樣的體(ti) 係當中是很難運動上升並終破泡。
未加&分散劑選擇有問題
3%SOP BYK-DISPERBYK-110*
那麽(me) 對於(yu) 我們(men) 常見的更多的含溶劑的體(ti) 係是一個(ge) 什麽(me) 情況呢? 其實大量的溶劑“衝(chong) 淡”並掩蓋了左邊照片的這種對消泡流平不利的情況。
由於(yu) 大量溶劑做載體(ti) 使得這種影響的權重大大降低了,有時我們(men) 甚至可以不去考慮分散劑降粘這個(ge) 因素。但真實的情況是當我們(men) 的溶劑型塗料被噴塗到工件表麵的時候大量的溶劑已經揮發到大氣當中,工作表麵的塗料狀態更加接近於(yu) 高固體(ti) 份的狀態。
這就又回到了我們(men) 之前討論的狀態必須考慮分散劑降粘對後期消泡及流平性能的影響。但如果在含有足夠溶劑載體(ti) 時已經完成消泡流平,似乎我們(men) 就可以忽略這個(ge) 因素的影響。其實不然因為(wei) 這可能會(hui) 導致你消泡劑及流平劑助劑成本的上升。
如果體(ti) 係內(nei) 含有大量消光粉而沒有很好的啞粉專(zhuan) 用分散劑的保護,將對後期消泡劑的選擇造成很大的負麵的影響。如圖:
消光粉對消泡及流平的不利影響:
底材潤濕劑&流平劑的穩泡傾(qing) 向因素對體(ti) 係終消泡劑的影響:
我們(men) 絕大多數的底材潤濕劑和流平劑都或多或少的存在一定的氣泡穩定性。因為(wei) 這些物質都是具有界麵活性的物質。這些物質的存在會(hui) 使氣泡壁的情況如下圖。
所以選擇不穩泡的表麵助劑,甚至是可以消泡的表麵助劑對消泡劑的選擇非常重要。尤其是在高固體(ti) 份或無溶劑體(ti) 係中。如下圖:BYK具有消泡特性的表麵助劑。通常降低表麵張力能力越強的助劑越穩泡。但BYK-378是個(ge) 例外,它既可以強烈降低表麵張力,又可以實現相對的不穩泡。
流變助劑的影響
無論是分子間氫鍵原理的流變助劑還是分子間纏繞原理的流變助劑都會(hui) 對整個(ge) 體(ti) 係的流動流平以及消泡產(chan) 生比較大的負麵的影響(如下圖)。
所以在選擇流變助劑的時候一定要明白加入流變助劑的目的才能盡可能的選擇對體(ti) 係負麵影響比較小的助劑。
未加防流掛助劑
加入防流掛助劑
比如:在選防沉劑的時候好選A點粘度較高而B點粘度較低的流變助劑為(wei) 好。這樣的流變助劑會(hui) 有很好的防沉效果,同時對體(ti) 係的消泡流平影響小。