高分子材料助剂分析
缺点: 不能解释许多聚合物在增塑剂量低时 所发生的反增塑现象等。
2. 增塑剂的作用原理(现在普遍接受的一种说法)
高分子材料的增塑,是由于材料中高聚物分子链间聚集 作用的削弱而造成的。增塑剂分子插入到聚合物分子 链之间,削弱了聚合物分子链间的作用力,结果增加 了聚合物分子链的移动性,降低了聚合物分子链的结 晶度,从而使聚合物塑性增加。
塑性两种。
复合材料的增强剂分类:纤维增强剂、粉状增强剂。
纤维增强剂品种:玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、
硅碳纤维、聚对苯撑对苯二甲酰胺纤维(凯芙
拉)、晶须(其主要材料是氧化铝、碳化硅、氮 化硅等)。 粉状增强剂品种:二氧化硅、炭黑、金属粉、石 棉、云母、玻璃、木屑、硅藻土、碳酸钙、滑石
粉等。
4、高聚物分子中对抗塑化的因素 (1)范德华力(作用能: 2~8kJ/mol) 取向力 诱导力 色散力 (2)氢 键(13~29 kJ/mol) (3)结晶
四、增塑剂的主要品种
1.苯二甲酸酯类
邻苯二甲酸二辛酯(DOP)的制备与工艺流程:
常见的邻苯二甲酸酯类增塑剂
2.脂肪族二元酸酯类
6.2
增塑剂
一. 增塑剂的定义和性能要求
1.增塑剂的定义:
增塑剂——是一种加入到高分子聚合体系中 能增加它们的可塑性、柔韧性或膨胀性的物质
2. 增塑剂的性能要求
1)基本性能要求
增塑剂分子应与高聚物的相容性好,同时还要考虑透明性、塑化效率、刚性、 强度、伸长率、低温柔软性、低温脆性、橡胶状弹性、耐曲挠性、尺寸稳定 性、电绝缘性、耐电压性、介电性、抗静电性和粘合性等。
2)耐久性
包括耐热着色性、耐热老化性、耐光、耐寒、耐酸、耐碱、耐洗涤性耐迁移 性、耐抽出性。
3)加工性
包括加工操作性、干燥性、润滑性、交联性、塑性流动性、长期反复操作性.
4)安全性
包括卫生性、无臭性、无味性、不燃性、再生利用性、降解性。
5)经济性等
塑化效率的定义
可以使高分子材料达到某一柔软程度时需要添加
内部出现垂直于应力方向的微细凹槽,呈银白色,
故称为银纹。
常用增韧剂:1)橡胶类物质。如乙丙橡胶(用于
增韧PS)、聚丁二烯橡胶、丁基橡胶、丁腈橡胶
和丁苯橡胶。2)树脂类物质。如SBS(苯乙烯~丁 二烯嵌段共聚物)、MBS(甲基丙烯酸甲酯~丁二 烯~苯乙烯的接枝共聚物)、ABS(丙烯腈~丁二烯 ~苯乙烯共聚物)等。
理法,又分为溶剂浆液处理法和水相浆料处理法。 两类偶联剂比较:硅偶联剂对含硅元素的填料有效, 适应填料面相对较窄,可增加复合材料的强度和刚 性;钛酸酯偶联剂对不含硅的填料较适用,它对于
树脂和无机填料的适用范围较广,其作用不仅使复
合材料的强度提高,还能赋予一定程度的挠屈性 。
6.6 高聚物交联及交联剂
超过它们各自单独使用效能的加和。
相抗效应是指两种或两种以上助剂并用时,它们的总效应 小于它们各自单独使用的效能或加和
三.助剂工业的发展动态
1. 大吨位品种趋于大型化和集中生产 2.新功能助剂研究继续活跃 3.助剂分子结构日臻完善 4.助剂开发顺应全球环保、卫生及安全性潮流 5.助剂多功能化趋势 6.复配型助剂和集装化技术进展迅速 7.助剂高分子量化趋势 8.反应型助剂稳步发展 9.成本――效能平衡性
凝胶理论优/缺点:
这一理论更适用于增塑剂用量大的极 性聚合物的增塑。而对于非极性聚合物的 增塑.由于大分子间的作用力较小,认为 增塑剂的加入.只不过是减少了聚合物大 分子缠结点(连接点)的数目而已。
3、自由体积的理论要点:
增塑剂加入后会增加聚合物的自由体积。而所有聚合物在 玻璃化转化温度了Tg时的自由体积是一定的,而增塑剂 的加入,使大分子间距离增大,体系的自由体积增加,聚 合物的粘度相应下降.塑性加大了。
3)秋兰姆
4)次磺酰胺类
(R1、R2可以是氢、烷基、芳基或环己基), 其特点是有良好的后效性。
Ⅱ、有机过氧化物交联剂
有机过氧化物受热分解,产生活性很高的自
由基,而自由基容易夺取化合物分子中被活化了 的H,使聚合物主链变成活性大分子自由基,这
反应性或相容性。因此,当硅烷偶联剂介于无机和有机界 面之间,可形成有机基体—硅烷偶联剂—无机基体的结合 层。典型的硅烷偶联剂有WD—20(或A151)(乙烯基三乙 基硅烷)、A17l(乙烯基三甲氧基硅烷)、A172(乙烯基三 (β—甲氧乙氧基)硅烷”等。
铁酸酯偶联剂在热塑性塑料、热固性塑料及橡胶等填料体 系中都具有较好的偶联效果。 铁酸酯偶联剂按其结构大致可分为四类:单烷氧墓型、单 烷氧基焦磷酸酯型、螯合型和配位体型。 单烷氧基型偶联剂的结构通式为:RO—Ti(OX—R—Y)3。代 表性品种为三异硬脂酰基钛酸异丙酯(TTS),适用于碳酸 钙填料。 单烷基焦磷酸酯型偶联剂的结构通式为:
偶联剂——其结构特点是分子中含一个亲无机物的基团 (与无机材料反应)和一个亲有机物的基团(与有机材料 反应)。它广泛用于复合材料和粘材料中。
常用的偶联剂:硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。 硅烷偶联剂是由美国联合碳化物公司开发的,主要用于玻 璃纤维增强塑料。硅烷偶联剂9分子结构式一般为:Y— R—Si(OR)3,(式中Y一有机官能基.SiOR一硅烷氧基)。 硅烷氧基对无机物具有反应性,有机官能基对有机物具有
4.助剂对制品用途的适应性
不同用途的制品对所欲采用的助剂的外观、气味、 污染性、耐久性、电性能、热性能、耐候性、毒性等都有 一定要求。
5.助剂配合中的协同作用与相抗作用
加和效应是指两种或两种以上助剂并用时.它们的总效应 等于它们各自单独使用效能的加和。
协同效应是指两种或两种以上(三维网状结构)高分子的过程称 为“交联”或“硫化”,
凡能使高分子化合物引起交联的物质就称为交联剂(也称 硫化剂)。除某些热塑性橡胶外,天然橡胶与各种合成橡 胶几乎都需要进行“硫化”。某些塑料,特别是某些不饱 和树脂,也需要进行交联。
交联的作用:提高模量、抗张强度等机械物理性能,以及 耐温性和耐候性等。1)橡胶制品通过交联获得宝贵的高 弹性;2)热塑性塑料通过交联获得足够高的玻璃化温度 和稳定性;3)涂料经交联才能成牢固的涂膜,从而具有 耐高温、防腐蚀和绝缘性能;4)胶粘剂和密封胶只有交 联才有足够的内聚力,产生足够的强度;5)纤维制品防 皱加工、耐久压烫、防缩及定型整理等也离不开交联反应
分子的某些部分缔结成凝胶网状时,增塑剂也能起润滑作 用而降低分子间的“摩擦力”,使大分子链能相互滑移。
换言之.增塑剂产生了“内部润滑作用”。 润滑理论优/缺点: 这个理论能解释增塑剂的加入使聚合物粘度减小, 流动性增加,易于成型加工,以及聚合物的性质不会明显 改变的原因。但单纯的润滑理论,还不能说明增塑过程的 复杂机理。
壬二酸二乙基己基酯(DOZ)的制备工艺
3. 磷酸酯
磷酸酯的通式为:
4.环氧化合物类
5.含氯增塑剂
6.高分子量增塑剂
7.其他类型
6.3 高分子材料增韧剂
增韧剂——能赋予塑料(或粘合剂)更好韧性的
助剂(也称抗改性剂)。 增韧机理——多重银纹理论。 银纹:聚合物在张应力作用下,于材料某些薄弱 地方应力集中产生局部塑性形变,在材料表面或
(R,R’——烷基、芳基,通常为甲基、 乙基、丁基、苯基;Me——金属原子, 如锌盐、铅盐、铜盐、镍盐; n—— 金属原子价)
2)噻唑类 指分子中含有噻唑环结构的促进剂,常 见的品种有促进剂M(2—硫醇基苯并噻唑)、促进 剂MZ(2—硫醇基苯并噻唑锌盐)、促进剂DM(二 硫化二苯并噻唑)。
N S S S N S
代表品种有异丙基三(焦磷酸二辛酯)钛酸酯(LR-38S)
螯合型偶联剂的结构通式为:
代表品种是二(二辛基焦磷酰基)含氧乙酰酯钛(KR138S)。 配位型结构通式为:
代表品种有四异丙基二(亚磷酸二月桂酯)钛酸酯。
钛酸酯处理填料的方法:1)现场即时掺混法(也
称干法),特点是方法简单,成本低廉;2)预处
加工用助剂 加工助剂是指材料在加工过程中所加的添加剂。
(3)按作用功能分类
二.助剂的选择中应注意的问题
1.助剂与制品的配伍性 固体助剂的析出俗称为“喷霜”,液体助剂的析出则称作 “渗出”或“出汗”。 2.助剂的耐久性 聚合物材料在使用条件下,仍可保持原来性能的能力叫耐久 性。保持耐久性就是防止助剂的损失。助剂的损失主要通过 三条途径:挥发、抽出和迁移。 3.助剂对加工条件的适应性 加工条件对助剂的要求,最主要是耐热性,即要求助剂在加 工温度下不分解、不易挥发和升华。
2、凝胶理论要点:
聚合物(主要指无定形聚合物)的增塑过程是使组成聚合物 的大分子力图分开,而大分子之间的吸引力又尽量使其 重新聚集在一起的过程.这样“时开时集”构成一种动
态平衡。在一定温度和浓度下.聚合物大分子间的“时 开时集”,造成分子间存在若干物理“连接点”,这些 “连接点”在聚合物中不是固定的,而是彼此不断接触 “连接”.又不断分开。增塑剂的作用是有选择地在这 些“连接点”处使聚合物溶剂化.拆散或隔断物理“连 接点”,并把使大分子链聚拢在一起的作用力中心遮蔽 起来,导致大分子间的分开。
的增塑剂的量来衡量,所需增塑剂的量越少,其 增塑效率越高。
实际应用时,以DOP为标准,将其塑化效率 定
为100,在同一柔软程度的前提下,其他增塑剂
用量与 DOP用量的比值为该增塑剂的相对塑化效
率。
二. 增塑剂的分类
1.按与被增塑物的相容性分类 主增塑剂与辅助增塑剂 2.按增塑剂的分子量大小分类(分子结构) 单体型增塑剂与聚合型增塑剂 3. 按添加方式分类 外增塑剂与内增塑剂
4.按化学结构分类
邻苯二甲酸酯类,脂肪族二元酸酯类,脂肪酸单酯与
多元酸的脂肪酸酯类等。
5.按应用性能分类
耐寒性增塑剂,耐热性增塑剂,阻燃性增塑剂、防舀 性增塑剂,无毒性增塑剂,耐候性增塑剂和通用型增塑 剂 。