塑料薄膜加工用塑料助劑的類別及應(yīng)用

      塑料助劑是為了改善樹脂的加工性能和使用性能而加入的化學(xué)品。通常所用的塑料助劑有十幾類，隨著塑料品種的增多，用途的擴(kuò)大和加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，助劑的類型和品種也日益增多。

    在塑料薄膜的加工和使用過程中要加入塑料助劑。是因?yàn)橛行渲虮∧ぎa(chǎn)品其固有性能不適應(yīng)其所需的加工工藝的要求，添加助劑僅僅是需要改變其加工性；而有些材料其加工性能較好，而產(chǎn)品性能卻達(dá)不到我們的要求，這也要添加助劑，以改變其產(chǎn)品性能。當(dāng)然這兩種作用是相輔相成的，有時(shí)是為了同時(shí)達(dá)到這兩種目的。這里先介紹能夠改變塑料包裝薄膜使用性能的助劑。

    對(duì)助劑的一般要求

    相容性一般來說，助劑只有與樹脂間有良好的相容性，才能使助劑長(zhǎng)期、穩(wěn)定、均勻地存在于薄膜中，有效地發(fā)揮其功能。如果相容性不好，則易發(fā)生“遷移”現(xiàn)象。表現(xiàn)在液體助劑中就為“出汗”，表現(xiàn)在固體助劑中為“噴霜”現(xiàn)象。但有時(shí)在對(duì)薄膜要求不太嚴(yán)格時(shí)，仍然可以允許其相容性欠缺一些，如填充劑與樹脂間相容性不好，但只要填充的粒度小，仍然能基本滿足薄膜性能要求，當(dāng)然若用偶聯(lián)劑或表面活性劑處理一下，則更能充分發(fā)揮其功能。但是有一些改善薄膜表面性能的助劑如開口劑、抗靜電劑等則要求其要稍微有一些遷移性，以使其在薄膜的表面發(fā)揮作用。

    耐久性耐久性是要求助劑長(zhǎng)期存在于薄膜中而基本不或很少損失，而助劑的損失主要通過三條途徑：揮發(fā)、抽出和遷移。這主要與助劑的分子量大小，在介質(zhì)中的溶解度及在樹脂中的溶解度有關(guān)。對(duì)加工條件的適應(yīng)性某些樹脂的加工條件較苛刻，如加工溫度高，此時(shí)應(yīng)考慮所選助劑會(huì)否分解，助劑對(duì)加工設(shè)備有無腐蝕作用。
    薄膜用途對(duì)助劑的制約不同用途的薄膜對(duì)助劑的氣味、毒性、耐候性、熱性能等均有一定的要求。例如裝食品的塑料袋，因要求無毒，故所用的助劑與一般包裝用的塑料袋的助劑是不同的。

    助劑配合中的協(xié)同作用和相抗作用在同一樹脂體系中，有的兩種助劑會(huì)產(chǎn)生“協(xié)同作用”，也就是比單獨(dú)各用某一種助劑，發(fā)揮功能大的多。但如果配合不當(dāng)，有些助劑間可能產(chǎn)生“相抗作用”，這樣會(huì)削弱每種助劑的功能，甚至使某種助劑失去作用，這一點(diǎn)應(yīng)特別注意，如炭黑與胺類或酚類抗氧劑并用就會(huì)產(chǎn)生對(duì)抗作用。塑料包裝薄膜常用性能助劑

    增塑劑和熱穩(wěn)定劑增塑劑，顧名思義是增加材料的塑性，即添加到樹脂中，一方面使樹脂在成型時(shí)流動(dòng)性增大，改善加工性能，另一方面可使制成后的薄膜柔韌性和彈性增加的物質(zhì)。

    熱穩(wěn)定劑是以改善樹脂熱穩(wěn)定性為目的而添加的助劑。主要用于聚氯乙烯及氯乙烯共聚物的加工。光穩(wěn)定劑高分子材料在陽光、燈光及高能射線的照射下，會(huì)迅速發(fā)生老化，表現(xiàn)為發(fā)黃、變脆、龜裂、表面失去光澤，機(jī)械性能和電性能也大大降低，甚至最終失去了使用價(jià)值。在這個(gè)復(fù)雜的破壞過程中，紫外線是對(duì)高分子材料起老化作用的主要原因。主要是陽光中的紫外線和大氣中的氧對(duì)聚合物大分子聯(lián)合作用的結(jié)果。

    為了保護(hù)高分子材料薄膜免受紫外線與氧的破壞，延長(zhǎng)它們的使用壽命，將光穩(wěn)定劑添加于塑料材料中，使它們?cè)跇渲形兆贤饩€的能量，并將所吸收的能量以無害的形式轉(zhuǎn)換出來。以抑制或減弱光降解的作用，提高材料耐光性。由于光穩(wěn)定劑大多數(shù)都能夠吸收紫外光，故又稱光穩(wěn)定劑為紫外線吸收劑。評(píng)定一種紫外線吸收劑的好壞，要考慮到效能、加工、價(jià)格、無毒等，不能單獨(dú)強(qiáng)調(diào)某一兩項(xiàng)效果。這些條件綜合起來為：

    能有效地吸收波長(zhǎng)為290~410nm的紫外線，且吸收帶寬；能夠有效地消除或削弱紫外線對(duì)聚合物的破壞作用，而對(duì)聚合物的其它理化性能沒有影響；

    n本身具有良好的穩(wěn)定性，經(jīng)紫外線長(zhǎng)期曝曬，吸收能力不致下降；

    n熱穩(wěn)定性良好，在加工成型時(shí)和使用過程中不因受熱而失效，不變色；不影響聚合物的加工性能；

    n與聚合物相容性好，在加工和使用過程中不分離，遷移，不易被水和溶劑抽提，不易揮發(fā)；

    n無毒或低毒；

    n化學(xué)穩(wěn)定，不與材料中的其他成份發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而損壞材料性能；

    n對(duì)可見光的吸收低，不著色、不變色；

    n價(jià)格便宜，制造方便，來源豐富。

    按照光穩(wěn)定劑的作用機(jī)理，可將其分為四類：①光屏蔽劑(顏料)；②紫外線吸收劑；③紫外線淬滅劑；④自由基捕獲劑。這四種作用方式構(gòu)成了光穩(wěn)定化中逐漸深入的四個(gè)層次，每一個(gè)層次都能抑制紫外線對(duì)高聚物機(jī)體的破壞作用，在具體設(shè)計(jì)配合時(shí)，是一個(gè)層次或是每個(gè)層次的保護(hù)，應(yīng)視薄膜的要求和使用環(huán)境而定。加入光穩(wěn)定劑后，盡管用量極少，其防止老化的效果卻十分顯著，一般只需加入聚合物重量的0.1％~0.5％。

    常用的光穩(wěn)定劑很多，按照其不同的作用機(jī)理及化學(xué)組成，主要包括：①鄰羥基二苯甲酮類(如UV-9，UV-531等)；②苯并三唑類(如UV-P、UV-327、UV-326等)，②水楊酸酯類(BAD、TBS等)；④三嗪類；⑤取代丙烯腈類⑥有機(jī)鎳絡(luò)合物；⑦受阻胺類。這幾類吸收劑的效能，以苯并三唑類和三嗪類為最好。

    抗氧劑對(duì)于大多數(shù)塑料品種來說，在其制造、加工、貯存及應(yīng)用過程中，對(duì)氧化降解都有一定的敏感性，氧滲入塑料薄膜中幾乎與大多數(shù)聚合物都能發(fā)生反應(yīng)而導(dǎo)致降解或交聯(lián)，從而改變材料的性能。少量的氧就能使這些高分子材料的強(qiáng)度、外觀和性能發(fā)生劇烈的變化。在熱加工和日照之下，氧化速度更快。因此，通常又將聚合物的氧化分為熱氧化和光氧化。最后這種反應(yīng)的結(jié)果則是性能老化。這類反應(yīng)如果不受阻止，可以很快使聚合物氧化并失去使用價(jià)值。不同的塑料對(duì)氧的穩(wěn)定性是不同的，所以有些塑料中無需加入抗氧劑。有的則必須加入抗氧劑，抗氧劑的作用是捕捉活性游離基，使連鎖反應(yīng)中斷，目的是延緩塑料的氧化過程和速度。按抗氧劑的作用機(jī)理，它對(duì)所有塑料均有效。

    抗氧劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為：1．酚類，包括：?jiǎn)畏印㈦p酚、三酚、多酚、對(duì)苯二酚、硫代雙酚；2．胺類，包括：萘胺、二苯胺、對(duì)苯二胺、喹啉衍生物，另外還有亞磷酸脂類、硫酯類以及其它一些種類。

    在以上幾類中，酚類、胺類是抗氧劑的主體，約占總量的90％以上，一般來說，胺類抗氧劑的防護(hù)效能比酚類高，但由于胺類在受到光、氧作用下，發(fā)生不同程度的變色，不適用于淺色、艷色和透明薄膜，因此在塑料薄膜中應(yīng)用較少。

    按照抗氧效果，將抗氧劑分為主抗氧劑和輔助抗氧劑。苯胺類抗氧效果較好，但污染性較大，主要用于橡膠制品；酚類抗氧效果稍差，但污染性較小，綜合效果較好，多用于塑料薄膜中。通常將硫醇或硫代酯、亞磷酸酯劃歸輔助抗氧劑，與主抗氧劑并用，以產(chǎn)生協(xié)同效果，延長(zhǎng)抗氧劑的效能。

    目前，抗氧劑的生產(chǎn)和研究朝向高效、低毒、價(jià)廉的方向發(fā)展。因此，酚類抗氧劑將會(huì)逐漸超過胺類抗氧劑的地位。用烷基取代其中部分苯基，可以使抗氧劑與聚烯烴類塑料的相容性改善。增大抗氧劑的分子量也是提高抗氧劑耐久性的重要途徑。多數(shù)抗氧劑易遷移，使聚合物失去保護(hù)，抗氧劑的分子量足夠大，遷移的可能性減小，則可提高抗氧劑的有效壽命。

    潤(rùn)滑劑高聚物的在熔融之后通常具有較高的粘度，在加工過程中，熔融的高聚物在通過窄縫、澆口等流道時(shí)，聚合物熔體必定要與加工機(jī)械表面產(chǎn)生摩擦，有些摩擦在對(duì)聚合物的加工是很不利的，這些摩擦使熔體流動(dòng)性降低，同時(shí)嚴(yán)重的摩擦?xí)贡∧け砻孀兊么植?，缺乏光澤或出現(xiàn)流紋。為此，需要加入以提高潤(rùn)滑性、減少摩擦、降低界面粘附性能為目的助劑。這就是潤(rùn)滑劑。潤(rùn)滑劑除了改進(jìn)流動(dòng)性外，還可以起熔融促進(jìn)劑、防粘連和防靜電劑、爽滑劑等作用。

    潤(rùn)滑劑可分為外潤(rùn)滑劑和內(nèi)潤(rùn)滑劑兩種,外潤(rùn)滑劑的作用主要是改善聚合物熔體與加工設(shè)備的熱金屬表面的摩擦。它與聚合物相容性較差，容易從熔體內(nèi)往外遷移，所以能在塑料熔體與金屬的交界面形成潤(rùn)滑的薄層。內(nèi)潤(rùn)滑劑與聚合物有良好的相容性，它在聚合物內(nèi)部起到降低聚合物分子間內(nèi)聚力的作用，從而改善塑料熔體的內(nèi)摩擦生熱和熔體的流動(dòng)性。常用的外潤(rùn)滑劑是硬脂酸及其鹽類；內(nèi)潤(rùn)滑劑是低分子量的聚合物。有的潤(rùn)滑劑還有其他的功用。實(shí)際每一種潤(rùn)滑劑都有可以實(shí)現(xiàn)某一要求的作用，總是內(nèi)外潤(rùn)滑共同作用，只是在某一方面更突出一些。同一種潤(rùn)滑劑在不同的聚合物中或不同的加工條件下會(huì)表現(xiàn)出不同的潤(rùn)滑作用，如高溫、高壓下，內(nèi)潤(rùn)滑劑會(huì)被擠壓出來而成為外潤(rùn)滑劑。

    在塑料薄膜的生產(chǎn)中，我們還會(huì)遇到一些粘連現(xiàn)象，比如在塑料薄膜生產(chǎn)中，兩層膜不易分開，這給自動(dòng)高速包裝帶來困難。為了克服它，可向樹脂中加入少量增加表面潤(rùn)滑性的助劑，以增加外部潤(rùn)滑性，一般稱作抗粘連劑或爽滑劑。一般潤(rùn)滑劑的分子結(jié)構(gòu)中，都會(huì)有長(zhǎng)鏈的非極性基和極性基兩部分，它們?cè)诓煌木酆衔镏械南嗳菪允遣灰粯拥?，從而顯示不同的內(nèi)外潤(rùn)滑的作用。按照化學(xué)組分，常用的潤(rùn)滑劑可分為如下幾類：脂肪酸及其酯類、脂肪酸酰胺、金屬皂、烴類、有機(jī)硅化合物等。

    潤(rùn)滑劑在塑料的實(shí)際加工中具有多種效能，例如在混煉、壓延加工時(shí)，能防止聚合物粘著料筒，抑制摩擦生熱，減小混煉轉(zhuǎn)矩和負(fù)荷，從而防止聚合物材料的熱劣化。在擠出成型時(shí)，可提高流動(dòng)性，改善聚合物料與料筒和模具的黏附性，防止并減少滯留物。另外還能改善薄膜的外觀和光澤。從加工機(jī)械角度來看，在混煉、壓延、搪塑等成型加工中，外潤(rùn)滑劑有重要作用，在擠出、注射成型中，內(nèi)潤(rùn)滑劑則更有效果。潤(rùn)滑劑的用量一般在0.5％~1％，選用時(shí)應(yīng)注意：

    n聚合物的流動(dòng)性能已滿足成型工藝的需要，則主要考慮外潤(rùn)滑的作用，以保證內(nèi)外平衡；

    n外潤(rùn)滑是否有效，應(yīng)以它能否在成型溫度時(shí)，在塑料面層結(jié)成完整的液體薄膜為準(zhǔn)，因此外潤(rùn)滑劑的熔點(diǎn)應(yīng)與成型溫度接近，但要相差10℃~30℃方能形成完整的薄膜；

    n不降低聚合物的力學(xué)強(qiáng)度以及其他物理性能。

    在生產(chǎn)中選擇潤(rùn)滑劑時(shí)，應(yīng)使之達(dá)到以下要求：

    n潤(rùn)滑效能高而持久；

    n與樹脂的相容性大小適中，內(nèi)部、外部潤(rùn)滑作用的平衡；不噴霜、不易結(jié)垢；

    n表面引力小，粘度小，在界面處的擴(kuò)展性好，易形成界面層；

    n盡量不降低聚合物的各種優(yōu)良性能，不影響塑料的二次加工性能；

    n本身的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良，在加工中不分解、不揮發(fā)；

    n不腐蝕設(shè)備，不污染薄膜，沒有毒性。

    但是，單純使用一種潤(rùn)滑劑，往往難以達(dá)到目的，需幾種潤(rùn)滑劑聯(lián)合使用，近年來復(fù)合潤(rùn)滑發(fā)展很快，在選擇時(shí)，可以多角度地來看待潤(rùn)滑劑的作用。

    常用的潤(rùn)滑劑有硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酰胺、乙撐雙硬脂酰胺等。很多石蠟類物質(zhì)可作為潤(rùn)滑劑，如天然石蠟，液體石蠟(白油)，微晶石蠟等，但作用卻各有差別。天然石蠟多用做外部潤(rùn)滑，可作為多種塑料的潤(rùn)滑劑、脫模劑，一般用量0.2~1phr，但其相容性、熱穩(wěn)定性和分散性不是很好，用量不能過大，最好與內(nèi)潤(rùn)滑劑并用；而白油多用做PVC、PS的內(nèi)潤(rùn)滑劑，潤(rùn)滑性能好、熱穩(wěn)定性也很好，一般用量0.5phr。它們均為無毒品，能用于食品包裝。另有一種微晶石蠟：在塑料加工中它也被用作潤(rùn)滑劑，用量1~2Phr，熱穩(wěn)定性和潤(rùn)滑性比普通石蠟好。

    低分子量的聚合物也廣泛地用做潤(rùn)滑劑，如聚乙烯蠟、低分子量聚丙烯，其內(nèi)、外潤(rùn)滑性都較好，且無毒。聚乙烯蠟適用于PVC等材料擠塑、壓延加工，用量一般是0.1~1phr，可提高加工效率，防止薄膜粘連，改善填料或顏料的分散性，相容性和透明性不是很好；不規(guī)整結(jié)構(gòu)低分子量聚丙烯可作為硬質(zhì)PVC，PE的潤(rùn)滑劑，性能優(yōu)良，能改善其它助劑的分散性，用量在0.05~0.5phr。

    防霧劑透明的塑料薄膜、片材或板材，在潮濕環(huán)境中，當(dāng)濕度達(dá)到露點(diǎn)以下時(shí)，會(huì)在其表面凝結(jié)一層細(xì)微水滴，使表面模糊霧化，阻礙了光波的透過，例如利用薄膜包裝產(chǎn)品時(shí)，也會(huì)因結(jié)霧而看不見內(nèi)裝物，而且產(chǎn)生的霧滴還容易造成內(nèi)裝物的腐爛損壞。

    防霧劑就是防止上述結(jié)霧現(xiàn)象而使用的一類助劑。它們是一些帶有親水基的表面活性劑，可在塑料表面取向，疏水基向內(nèi)，親水基向外，從而使水易于濕潤(rùn)塑料表面，凝結(jié)的細(xì)水滴能迅速擴(kuò)散形成極薄的水層或大水珠順薄膜流下來。這樣就可避免小水珠的光散射所造成的霧化，防止凝結(jié)的水滴灑落到被包裝物上面，損害被包裝物。

    按照防霧劑加入塑料中的方式，可將防霧劑分為內(nèi)加型和外涂型兩類。內(nèi)加型防霧劑是在配料時(shí)加入到樹脂中，其特點(diǎn)是不易損失、效能持久，但對(duì)于結(jié)晶性較高的聚合物難以獲得良好的防霧性；外涂型防霧劑是溶于有機(jī)溶劑或水中后，涂于塑料薄膜的表面，并使用簡(jiǎn)便、成本低，但耐久性差，易被洗去或擦掉，只有在內(nèi)加型防霧劑無效的場(chǎng)合或不要求持久性時(shí)使用。防霧劑的效能可分為初期防霧性、持久防霧性、低溫防霧性和高溫防霧性四種，一種防霧性很難兼具四種效果，往往是根據(jù)薄膜對(duì)防霧效果的要求，選擇幾種配合使用。防霧劑的化學(xué)組成主要是脂肪酸與多元醇的部分酯化物。常用的多元醇是甘油、山梨糖醇及其酸酐，常用的脂肪酸是C11、C12的飽和酸或不飽和酸、碳原子數(shù)為24以上的脂肪酸也可使用。一般來說，中鏈脂肪酸的酯初期防霧效果好；長(zhǎng)鏈脂肪酸的脂持久防霧效果好。實(shí)際上防霧劑往往是多種酸的混合酯，許多多元醇的脂肪酸酯缺乏親水性，通過環(huán)氧乙烷加成，可提高親水性，增大初期防霧性和低溫防霧性。防霧劑應(yīng)具備以下性能：

    1．防霧效能高，生效迅速，耐久性好；

    2．熱穩(wěn)定性好，不易受熱分解，而且分解物不導(dǎo)致聚合物的降解；

    3．與其它助劑的配合性好，不妨礙其它助劑的功能；

    4．不影響薄膜的透明性、電性能、粘著性、耐污染性等功能。

    下面介紹幾種典型的防霧劑。甘油單油酸酯白色的蠟狀物，可作為內(nèi)加型防霧劑，具有良好的初期防霧性和低溫防霧性，適用于食品包裝薄膜，在聚乙烯中的一般用量為1~1.5份、在聚烯烴中為0.5~1份。山梨糖醇酐單棕櫚酸酯為黃色粒狀物，為內(nèi)加型防霧劑，生效迅速持久，在聚氯乙烯中的用量為1~1.7份。

    山梨糖醇酐單硬脂酸酯也是內(nèi)加型防霧劑，它為黃色粒狀固體，熔點(diǎn)約為60℃，效能持久，常用于農(nóng)用薄膜，也可用于作食品包裝材料，它在聚氯乙烯中的用量一般為1.5~1.8份，在聚醋酸乙烯酯中為0.7~1份。聚環(huán)氧乙烷(20)甘油單硬脂酸酯也是內(nèi)加型防霧劑，生效極快，具有良好的初期和低溫防霧性。它是淡黃色液體，同時(shí)也有抗靜電效能，適用于食品包裝薄膜。在聚氯乙烯中的一般用量為1~1.5份，在聚烯烴中為0.5~l份。