1、助剂课程综述助剂的轻化工业生产过程中的突出作用越来越为业内及相关产业的工程技术人员和经营、管理人士所重视。助剂的应用不只是缩短生产周期、简化了工序、提高了生产率、也大大大提高了产品的质量与品质。有些助剂往往还赋予产品一些特殊的物理性质或化学性质，使产品既保持原有特征，又具有所需要的的特殊的功能，从扩大了产品的应用范围与应用前景，同时也促进了相关产业的同步发展。当前，随着高新技术的快速发展，更进一步促进轻化工各专业对助剂的研究与应用，可以说是方兴未艾，助剂已发展成为一门重要的学科领域。塑料助剂，是指生产塑料材料及塑料制品过程中，除合成树脂主体原料以外添加的各种辅助材料，又称为塑料添加剂或塑料配合
2、剂。塑料助剂在塑料中添加量不多，但其作用和效果非常显著，能提高和改进塑料材料和塑料制品的特定性能，改善塑料的成型加工性，提供丰富多彩的商品特色和更高的商品使用价值，节约原料，降低成本，节约能耗，提高生产效率。它是塑料制品中不可缺少的重要组成部分，也是开发塑料新产品、新技术、扩大塑料应用领域的重要添加剂。增塑剂：增塑剂是指对热和化学试剂稳定的有机化合物，并能在一定范围内与聚合物相容，沸点较高，不易挥发的液体或低熔点的固体，使聚合物的可塑性、柔韧性增加的物质。增塑剂的分类方法：按化学结构分类，常见的增塑剂品种有邻苯二甲酸酯类、含氧增塑剂、烷苯磺酸苯脂类、多元醇类、脂肪族二元酸酯类、环氧酯类、磷酸酯
3、类、聚合型、偏苯三酸酯类、柠檬酸酯类及其他增塑剂；按照增塑剂的使用和加工性能分，有通用型，耐寒型，耐热型，阻燃型，防霉型，耐候型，抗静电型和无毒型；按分子量大小分为主增塑剂，次增塑剂和增量增塑剂；按增塑效率（相容性）分为主增塑剂，辅增塑剂按作用方式分为内增塑剂，外增塑剂。一个理性的增塑剂具有以下几个特性：1）与树脂有良好的相容性；2）增塑效率要高；3）对热和光稳定；4）挥发性低，迁移性小，耐抽出性好；5）低温柔韧性、电绝缘性、阻燃性能、抗霉菌性能、耐环境污染性能良好；6）无色、无味、无臭、透明、无毒；7）价格低廉。增塑剂的作用机理： 润滑机理，增塑剂能起到界面润滑作用；凝胶理论，其增塑过程是使
4、组成聚合物的大分子力图分开，而大分子间的吸引力又尽量使其重新在一起；自由体积理论，加入增塑剂后，能使聚合物的自由体积增加。增塑剂的发展趋势有提高增塑剂的耐久性，提高增塑剂的卫生性，寻求廉价原料、降低增塑剂成本，开发功能性增塑剂。聚合物/增塑剂体系中存在的几种作用力：（1）聚合物分子与聚合物分子间的作用力；（2）增塑剂本身分子间的作用力；（3）增塑剂与聚合物分子间的作用力。结构与增塑性能的关系：增塑剂与树脂的相容性跟增塑剂本身的极性其二者的结构相似性有关。通常，极性相近且结构相似的增塑剂与被增塑树脂相容性好。对于醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚酰纤维素、聚酰胺等强极性树脂而言，DMP、DEP、DBP
5、等作为主增塑剂使用时相容性好；相反，在聚丙烯、聚丁二烯、聚异丁烯和丁苯橡胶的塑化中，常常选用非极性及弱极性的增塑剂。PVC 属极性聚合物，其增塑剂多是用酯型结构的极性化合物。 增韧剂：材料的增韧，就是在脆性和韧性不够的聚合物中添加一种橡胶或橡胶类的物质，通过一定的方法而得到增韧材料的过程。常用的增韧剂有 MBS 树脂、ABS 树脂、EVA 树脂、丙烯腈-丁二烯共聚物。增韧的方法有很多种，有机械共混，溶液共混，乳液共混、接枝共聚共混、交联共聚以及插层聚合。增韧剂的增韧机理存在很多种理论，主要的有橡胶吸收能量理论、多重裂纹理论、剪切屈服理论、银纹剪切带理论、空穴化理论、逾渗理论以及刚性粒子增强理论
6、。润滑剂：为了减少摩擦，改进高聚物熔体的流动性，防止加工过程中对设备发生黏结现象，使制品表面的光洁度得到保证而采用的措施中使用的物质。润滑剂按化学结构分类可分为七大类：烃类、脂肪酸类、脂肪族酰胺类、酯类、醇类、金属皂类、复合润滑剂。润滑剂的选用原则有七个：挤出、注塑加工以内润滑为主，压延加工以外润滑为主；采用共聚树脂需增加外润滑剂；硬质聚氯乙烯的润滑剂用量比软质的多；填料用量多时应多用内润滑剂；聚氯乙烯中应少用润滑剂；单螺杆挤出机中，多用内润滑剂；在采用金属皂类稳定剂时，可考虑不加或少加润滑剂。润滑主要分为内部润滑和外部润滑。内润滑机理为塑化机理，而外部润滑机理就是在两者界面处形成一个润滑分子
7、层。稳定剂：就是为了延长高分子材料的使用寿命，抑制或延缓其老化所采用的措施；聚合物热分解的三种形式：在受热过程中从高分子链上脱落下来各种小分子键的断裂发生在高分子链上，从而产生了各种无规律的次级分子，材料遭到严重的破坏键的断裂也是发生在高分子链子，但链的断裂是有规律的，只是分解成聚合前的单体，称之为解聚反应。 热稳定剂定义：为了实现 PVC 或其它类似塑料的热塑加工，向 PVC 中加入少量的化学物质，使它们可以在加工温度下不发生化学变化；或延缓这些变化，以达到延长其使用寿命的目的，所加入的少量物质，即称之为热稳定剂。热稳定剂的作用机理：(1)吸收氯化氢 Me(OOCR)2+ 2HCl=MeCl
8、2+ 2HOOCR 其中 Me 为：Pb、Ba、Cd、Ca、Zn、Sn、Sb、Mg、Sr 等(2)消除不稳定的氯原子置换或消除不稳定的氯原子。(3)防止自动氧化聚氯乙烯在热氧及剪切力作用下，极易被 O2 氧化发生降解。(4)加入马来酸的金属盐可抑制或消除双键或使之变短、变少。常用的热稳定剂有盐基性铅盐、有机锡化合物、金属皂类和其他辅助稳定剂。铅盐稳定剂：卓越的热稳定性保持良好的电绝缘性；价格低廉；一些品种耐光性优良，一些品种有良好的润滑性良好的加工性，并具有白色颜料作用。光稳定剂：凡能抑制或减弱这高分子材料的光老化过程的物质称之为光稳定剂或紫外光稳定剂。引发光降解的影响因素：（1）产生激发态的
9、氧；（2）氢过氧化物与光分解；（3）羰基的形成及光敏化作用；（4）杂质。光稳定剂作用方法：屏蔽或吸收紫外线；氢过氧化物的非自由基分解；加入猝灭剂猝灭已吸收高能光子产生的电子激发态分子，使其失活性；钝化金属离子；捕获自由基。 （1）光屏蔽剂是一类能够吸收或反射紫外线的物质。是在聚合物和光源之间设立了一道屏障，使光在达到聚合物的表面时就被吸收或反射，从而有效地抑制了制品的老化。这类主要有炭黑、二氧化钛、氧化锌等。其中炭黑是吸附剂，而二氧化钛和氧化锌是反射剂，所以呈现出白色。 （2 紫外线吸收剂它可以强烈地有选择地吸收高能量的紫外线，并能以能量转换的形式将吸收的能量以热能或无害的低能辐射释放出来或耗
10、掉，从而阻止聚合物中的发色基团因吸收紫外线能量随之发生激发。具有这种作用的物质即称之为紫外线吸收剂。应用最多的是二苯甲酮类、水杨酸酯类和苯并三唑类。（3）猝灭剂这类光稳定剂本身对紫外线的吸收能力很低，在稳定过程中不发生明显的化学变化，但它能转移聚合物分子链因吸收紫外线后所产生的激发态能量，从而阻止了聚合物因吸收紫外线而产生的游离基（4）自由基捕获剂它是近 20 年来新开发的一类具有空间位阻效应的一类光稳定剂。简称为受阻胺类光稳定剂（HALS） 。增强剂：塑料的增强方法大致可分为热塑性树脂增强和热固性树脂增强。材料的增强剂机理有吸附理论和化学键理论。吸附理论认为，它是把粘结力的产生归结于基体和增
11、强剂之间的物理吸附；而化学键理论主要认为基体和增强剂的不同基团在基体和增强剂的界面间产生了反应，形成化学键，使两者连接起来成为一个整体。常用增强剂有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维和晶须。玻璃纤维按照化学成分又可分为无碱玻璃纤维、低碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和高碱玻璃纤维。填充剂：填充剂是一种增量材料，具有较低的配合成本，包括碳酸钙、滑石粉、陶土、云母粉、二氧化硅、硫酸钙、粉煤灰、红泥以及木粉和纤维素等天然矿物、合成无机物和工业副产物。事实上，增强剂和填充剂之间很难区分清楚，因为几乎所有的填充剂都有增强作用。材料的填充机理归纳起来主要有两种，一种是补强作用机理；二是堆砌理论。填料的补强作用可分为两种，一
12、种是活性填料的正补强，另一种补强作用是非活性填料的负补强，即降低强度。着色剂： 材料的着色方法就是在材料中或制品表面上加入或涂一种物质，以改变原有色泽，而赋予制品各种鲜艳颜色或特殊光学性能的一种方法。材料的着色分为内着色和外着色。内着色就是在材料加工前的配料中加入着色剂，采用强制性手段，让其均匀的分散到塑料中，使成型后的制品内外均有色泽。外着色是指在物体的表面着色。材料的着色是通过减色混合实现的。透明材料的着色是就是利用加入的着色剂对日光的减色混合而使制品带色的。着色剂可分为无机颜料、有机颜料、染料、特殊着色剂四大类。无机颜料在本质上具有耐热、耐气候等优异特性，主要有钛白粉、锌钡白、锌白、镉黄
13、、镉红、群青、氧化铁等；有机颜料主要有塑料红 GR、橡胶大红 LG、耐晒黄 G 等；染料主要有还原桃红 R、分散红 3B 等；特殊着色剂有荧光着色剂等。着色剂的形态可分为粉状、糊状、浓色母料、粒状。抗静电剂：抗静电剂的功能在于降低聚合物制品的表面电阻，消除静电积累可能导致的静电危害。按照使用方式的不同，抗静电剂可以分为内加型和涂敷型两种类型。内加型抗静电剂是以添加或共混的方式配合到塑料配方中，成型后从制品的内部迁移到表面或形成导电网络，进而达到降低表面电阻泄放电荷的目的。涂敷型抗静电剂是以涂布或浸润的方式附着在塑料制品的表面，藉此吸收环境中的水分，形成能够泄放电荷的电解质层。从化学物质的组成来
14、看，传统的抗静电剂几乎无一例外地属于表面活性剂类化合物，包括季铵盐类阳离子表面活性剂，烷基磺酸盐类阴离子表面活性剂，烷醇胺、烷醇酰胺和多元醇脂肪酸酯等非离子表面活性剂等。然而，近年来出现的“高分子量永久型抗静电剂”打破了这种常规，它们一般系亲水性的嵌段共聚物，以共混合金的方式与基础树脂配合，通过形成导电通道传导电荷。与表面活性剂类抗静电剂相比，这种高分子量永久型抗静电剂不会因迁移、挥发和萃取而损失，因而抗静电性持久稳定，并极少受环境湿度的影响。发 泡 剂 ： 用 于 聚 合 物 配 合 体 系 ， 旨 在 通 过 释 放 气 体 获 得 具 有微 孔 结 构 聚 合 物 制 品 ， 达 到 降
15、 低 制 品 表 观 密 度 之 目 的 的 助 剂 称 之为 发 泡 剂 。 根 据 发 泡 过 程 产 生 气 体 的 方 式 不 同 ， 发 泡 剂 可 以 分 为物 理 发 泡 剂 和 化 学 发 泡 剂 两 种 主 要 类 型 。 物 理 发 泡 剂 一 般 依 靠 自身 物 理 状 态 的 变 化 释 放 气 体 ， 多 为 挥 发 性 的 液 体 物 质 ， 氟 氯 烃(如 氟 里 昂 )、 低 烷 烃 (如 戊 烷 )和 压 缩 气 体 是 物 理 发 泡 剂 的 代 表 。化 学 发 泡 剂 则 是 基 于 化 学 分 解 释 放 出 来 的 气 体 进 行 发 泡 的 ，
16、按 照结 构 的 不 同 分 为 无 机 类 化 学 发 泡 剂 和 有 机 类 化 学 发 泡 剂 。 无 机 发泡 剂 主 要 是 一 些 对 热 敏 感 的 碳 酸 盐 类 (如 碳 酸 钠 、 碳 酸 氢 铵 等 )、亚 硝 酸 盐 类 和 硼 氢 化 合 物 等 ， 其 特 征 是 发 泡 过 程 吸 热 ， 也 称 吸 热型 发 泡 剂 。 有 机 发 泡 剂 在 塑 料 发 泡 剂 市 场 具 有 非 常 突 出 的 地 位 ，代 表 性 的 品 种 有 偶 氮 类 化 合 物 、 N亚 硝 基 类 化 合 物 和 磺 酰 肼 类化 合 物 等 。 有 机 发 泡 剂 的 发 泡
17、 过 程 多 伴 随 放 热 反 应 ， 又 有 放 热 型发 泡 剂 之 称 。 此 外 ， 一 些 具 有 调 节 发 泡 剂 分 解 温 度 的 助 剂 ， 即 发泡 助 剂 亦 属 发 泡 剂 之 列 。总结：助剂在材料中的应用十分广泛。助剂是用于塑料、橡胶、合成纤维、涂料等众多工业生产和加工过程中，改善其加工行为或赋予制品某些特定功能的辅助化学品称为助剂或添加剂。塑料助剂的生产已成为高附加值的新型朝阳工业。塑料助剂的发展与塑料工业的发展相互促进，形成不可分割的互动关系，对推动塑料工业的发展具有重要作用。通过学习这门知识不仅让我们对材料有了更深入的认识同时也明白了如何利用助剂来改善材料的性能。
