聚合物加工工程第1章_添加剂与配方的设计.ppt

第一章添加剂与配方设计 学习目的与要求 熟悉高分子添加剂的种类、添加剂的作用、应用领域及添加剂的选用方法；了解配方设计的一般原则、程序。 1.1 添加剂 添加剂是实现高分子材料加工过程中，最大限度地发挥制品的性能或赋予某些特殊性能；便于加工；可降低成本的重要辅助成分。 稳定剂 润滑剂 增塑剂 交联剂及相关添加剂 填充剂 其他添加剂 1.1.1 稳定剂 高分子材料老化的原因：在加工、使用过程中，在光、热和氧等环境中会发生自动氧化和热降解。 老化对制品影响：造成制品外观、物理性能、力学性能、电性能等变差。 防止老化的方法：加入稳定剂。 主要的稳定剂：热稳定剂 、抗氧剂、光稳定剂、生物抑制剂。 1.热稳定剂 热稳定剂的主要应用： 用于PVC塑料的加工，防止PVC树脂在加工过程中，受热时发生脱HCl反应和变色。是生产PVC制品必不可少的最重要的添加剂。 （1）PVC的稳定性 1）随着温度升高，PVC热降解加速 PVC加热到1000C时开始分解，放出HCl； 1300C时分解明显；高于1500C时分解相当严重。 PVC的热降解反应： ~~ CH2-CHCl-CH2-CHCl ~~ → ~~ CH=CH-CH=CH ~~ + HCl↑ 颜色变化由白→微红→粉红→浅黄→褐色→红棕→黑色，聚合物的颜色，取决于发色基团。 2）随着氧含量升高，PVC热降解加速 PVC在不同环境中的氧降解速度顺序：氧气中空气中氮气中 3）光照使PVC热降解加速 PVC的稳定性有光照比无光照低，光强增加稳定性降低； 光的波长不同，稳定性不同，在紫外线照射下，稳定性大大降低。 4）随树脂型号增高（Mn变小），热稳定性变差 悬浮法PVC树脂热稳定性优于乳液法； PVC树脂中杂质多热稳定性差。 5）脱出的HCl会加速PVC的降解 PVC树脂热不稳定性与其结构缺陷有关，存在不稳定的Cl原子。 （2）热稳定剂的作用 1)中和HCl 与分解放出的HCl迅速反应，生成稳定的化合物。 2）取代不稳定的氯原子 稳定剂与可能引发脱HCl反应的氯原子反应。 3）与不饱和部位反应，起消色作用 4）破坏正碳离子盐，正碳离子盐是引起PVC颜色变深的主要原因 （3）热稳定剂的分类 （4）稳定剂的选择 稳定剂的选择应遵循下列原则： 1）具有吸收和中和HCl的作用； 2）与PVC、增塑剂相溶性好，不与其他添加剂 反应； 3）不影响PVC的加工性及制品使用性能； 4）无色、无味，用于食品及药品包装时应无毒； 5）价廉、用量少。 热降解实例： 有机玻璃解聚回收甲基丙烯酸甲酯单体 实例：PE的无规断链　　 高聚物受热后，在高分子主链上的任意位置发生的断链反应。 2. 抗氧剂（防老剂） 1）自动氧化反应机理 原理：O2通过生成氢过氧化物ROOH进行降解如PP和NR（天然橡胶），SBS和NBR（丁腈橡胶）主要发生交联。 实例1：PP的氧化降解 　　实例2：顺丁橡胶的老化降解 2）抗氧剂的作用和分类 抗氧剂的作用： 指可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，延长其使用寿命的物质。 抗氧剂分类： a. 链终止型抗氧剂 可与自由基R·和ROO ·反应，中断自动氧化的链增长。 b.预防型抗氧剂 可除去自由基的来源，抑制或延缓引发反应。 3）常用抗氧剂 酮胺类 用作橡胶防老剂，有效防止热、氧和疲劳老化，是最要的橡胶防老剂，如防老剂RD和防老剂AW； 对苯二胺类 用于橡胶和塑料，是目前重点发展的一类高效、低毒防老剂，如防老剂4010 酚类 防护效果不如胺类 ，但最大特点是不污染、不变色，特别适合于白色和浅色制品，如抗氧剂264、抗氧剂1010，广泛用于PVC、PE、PP、PS及ABS。 4）抗氧剂的选用原则 a.稳定性好 抗氧剂在加工和使用条件下对光、热、氧和水具有稳定性。 b.无色污现象 不发生变色和污染性。 c.相容性好 与高聚物有好的相容性。 d.低毒难挥发 3.光稳定剂 1）高分子材料的光降解 波长在290~400nm之间的紫外光约占太阳总辐射能的6%，它下是引起高分子材料光降解的罪魁祸首。 具有饱和结构的高分子材料不能吸收波长250nm的光，如PE、PP仅含单键，本身不吸收紫外光，而当其含有不饱和结构、含有微量杂质及存在结构缺陷时，才会由紫外光导致降解。 75%以的光稳定剂用于聚烯烃，其中PP消耗30%， PE消耗的高达70% 。 某些塑料对于紫外光的敏感光波长 2）光稳定的作用和分类 a.光屏蔽剂 指可反射和吸收紫外光的物质，如钛白粉、碳黑。碳黑是效能最高的光屏蔽剂。 b.紫外线吸收剂 指能强烈地选择吸收高能量的紫外线，并能进行能量转换，以热能形式或无害的低能辐射，将能量释放或消耗的一类物质。如二苯