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常用塑料助剂分析系列——润滑剂

作者:Admin 发布时间: 17/12/12
     大量实验证明,在聚合物的加工中,特别是在硬PVC或共聚物的加工中,需要加入润滑剂。选择正确的润滑剂型号及质量不仅取决于要被加工的聚合物的材质,还要根据加工工艺过程的本身。笼统的“润滑剂”一词包括了大量的化学成分,这些化学成分在被加工的聚合物中形成多种功能。  色母料 填充母料 塑料袋 背心袋 编织袋 缠绕膜
    润滑剂通常由其与具体聚合物的物理及化学性能的相容性所决定。润滑剂分为内部润滑剂和外部润滑剂两大类。内部润滑剂通过减轻聚合物内部分子间的摩擦,使之在工艺加工中产生较低的熔体粘度及较少的能量消耗。这类润滑剂通常与所加工的聚合物在化学性质上是相容的。外部润滑剂通常与所加工聚合物不相容,其作用是减小聚合物与加工设备界面间的摩擦。
    正确地选择润滑剂的种类,以使加工工艺完美无缺。这在许多应用中,确是一项很有意义的工作。然而,在一些新的应用中,选择润滑剂时需要做认真的试验。在进行最佳配方的设计中,须考虑润滑剂的化学组成、极性、熔体性能、相容性及与其他添加剂(和其他润滑剂)间的相互作用。开发成本经济的配方,需要对现有的润滑剂、填充剂。稳定剂、加工助剂及颜料等的微观成分进行权衡。     色母料 填充母料 塑料袋 背心袋 编织袋 缠绕膜
化学类型
    在聚合物加工中,很多化学物质都可用作有效的润滑剂。对一种特殊的最终应用,需将两种或几种化学物质配合在一起才能得到满意的配方。这些化学物质主要分为:金属硬脂酸盐类、链烷烃类(石蜡)、脂肪酸类、酯类、脂肪酸类、酰胺类及复合润滑剂等几大类。这些化学物质中的大多数都有带极性功能的端基和无极性长主碳链。依据这些物质在一定的聚合物中的加人的量,可作为内部润滑剂或外部润滑剂。
    金属硬脂酸盐是最广泛使用的一种润滑剂,而其中最主要的又是硬脂酸钙,主要用于PVC中,但也用于聚烯烃、ABS、聚酯和酚醛塑料。在PVC中,硬脂酸钙作为一种内部润滑剂,在挤压加工中,可促进熔融并改进熔体粘度。在许多PVC应用场合下,当硬脂酸钙与一些主要热稳定剂混合使用时,可认为是一种共稳定剂。其他一些金属硬脂酸盐(如铅、钡、铜、锌和镁的硬脂酸盐)具有多重功能。对于许多PVC配方,当这些金属硬脂酸盐与其他类型润滑剂混合使用时,既能提供热稳定性,又可平衡润滑性。上述金属硬脂酸盐中的一少部分也可用于聚烯烃。ABS、尼龙、聚酯和PS的加工中。这时,金属硬脂酸盐的使用通常是帮助金属脱模,而不仅只是起内部润滑剂的作用。
    对于不透明的有色制品的挤出加工,石蜡和微晶石蜡都是很好的外部润滑剂。不过,它们是非极性的。因此与大多数聚合物,特别是PVC是不相容的。随着石蜡分子量的增加,作为外部润滑剂的效果也越好。在扭矩流变仪中所测得的熔融时间随石蜡熔点升高而增加的曲线可表示上述关系,平均熔点为74℃时的石蜡用量与其外部润滑性能具有最佳的均衡性。
    部分氧化聚乙烯(PE)也属于这一类润滑剂。在许多PVC应用场合,使用少量氧化聚乙烯,便具有与金属的脱模性。这些外部润滑剂可延迟熔融,并经常与硬脂酸钙结合在一起混合用于硬质PVC管、壁板和窗框中,以控制熔融和得到所需要的熔体流动。 最近供应给硬质PVC管生产商的是一些多功能产品。这些产品将所需要的内部润滑剂和外部润滑剂混合在一起使用,有时它们也包括其他一些所需要的微量组分,如金属脱模剂和热稳定剂等。最新的多功能产品是一种液体润滑剂/稳定剂的配方。这种配方可替代通常用于多螺杆PVC管混配料中的所有种类的石蜡。过去几年中,在几乎所有的硬质PVC的润滑配方中均使用了复合润滑剂,越来越多的最终用户认识到这种产品的好处。     色母料 填充母料 塑料袋 背心袋 编织袋 缠绕膜
    在PVC中加放少量脂肪酸,可作为很有效的外部润滑剂。该脂肪酸与PVC相容,在对透明度要求很高的应用中,使用脂肪酸作润滑剂很有效。在聚苯乙烯和丙烯酸聚合物中也发现有一些使用脂肪酸的情况。   色母料 填充母料 塑料袋 背心袋 编织袋 缠绕膜
    含酯润滑剂有甘油、脂肪醇、多元醉酯及蜡酯。大多数酯类与PVC相容性很好。PVC是酯类润滑剂的主要最终使用聚合物。大多数酯类虽然既可用作内部润滑剂,也可用作外部润滑剂,但无论用作那种类型的润滑剂其效果稍差。通常较高分子量的酯类具有更多的外部润滑性能,而诸如甘油硬脂酸酯等简单酯类通常被认为是内部润滑剂。近期的发展趋势是开发多功能酯类复合型润滑剂。在ABS、PUR、PS、PC和其他热塑性树脂中也发现了酯类润滑剂的一些应用。   色母料 填充母料 塑料袋 背心袋 编织袋 缠绕膜
    同脂肪酸一样,脂肪醇也主要用于硬质PVC,由于脂肪酸的相容性较好并具有内部和外部润滑剂双重功能,在对透明度要求较高时,用脂肪醇作润滑剂是很好的选择。
    对许多热塑性塑料,酰胺类具有独特的润滑性能。简单的脂肪族伯胺主要用于PE和其他聚烯烃中作滑爽剂、防粘剂及脱模剂等,脂肪族胺也可用于其他多种聚合物中。
    酰胺类润滑剂中最主要的种类是双酰胺如乙撑双硬脂酸胺(EBS)。这种化合物具有金属隔离剂或脱模剂及内部和外部润滑功能,主要用于硬质PVC和ABS中,双酰胺提供的熔体流动性能几乎不能与其他润滑剂系统相匹配。优良的耐候性和高热变形性能是EBS蜡诸多优点之一。      色母料 填充母料 塑料袋 背心袋 编织袋 缠绕膜
加工
    由于用作润滑剂的化学物质种类繁多。对一具体的应用,选择一个最佳配方可能就很困难。许多加工过程,对聚合物可能有不同的要求,因此不同的加工工艺对润滑剂有不同的要求,其中许多要求仅仅是随着设备的微小变动而变化。对于大多数润滑剂生产商来说,使用适于各种加工操作的基础配方可能是很有用的。
成本的影响
    总的来讲,经济问题在润滑剂的选择上起着重要的作用。好的配方可提供高效率、低废品率、高质量的成品外表及所需要的物理性能。润滑剂用得过多或过少都会降低加工效率,甚至造成整个加工设备的停工。理想的内外润滑作用平衡的润滑剂可为操作者提供对熔融程度、出料速度、喷霜、透明度、热变形温度、冲击强度和其他方面的控制。
    对于PVC的润滑,人们发现将几种化学类型的润滑剂结合在一起使用是很典型的。这种润滑剂的选择在很大程度上取决于最终成品所需要的特性。例如,当要求透明度高时,选用与PVC化学相容性好的润滑剂是很好的。但对于不透明的PVC管(这种管子的产量占美国PVC总产量的一半以上),在加工中,通常使用不相容的石蜡作外部润滑剂、硬脂酸钙作内部润滑剂和部分氧化PE蜡作金属脱模剂三者结合在一起的润滑剂。     色母料 填充母料 塑料袋 背心袋 编织袋 缠绕膜
    在这种应用中,该复合润滑剂可有效地控制熔融出料速率、冲击强度和表面光滑度的性能。EBS蜡的外部润滑效果比石蜡低,因此人们发现,当它与硬脂酸钙结合起来用于壁板和窗框的PVC异形挤出品中是一很好的选择。尽管这种润滑剂看起来经济上缺乏吸引力,但它对聚合物熔体流动控制的改进及宽的加工范围是其他化学类型润滑剂难于达到的。
在加工中,许多润滑剂都具有一种以上的功能。例如,硬脂酸钙主要用作PVC内部润滑剂,但它也具有一些外部润滑用作和用于金属脱模,也可作为一种共热稳定剂。W蜡在ABS加工中既作为脱模剂,也作为内部润滑剂。硬脂酸被认为对PS既可起到内部润滑作用亦可用作外部润滑剂。利用现有技术不能预测上述所有的润滑性能。有必要使用各种测试方法来开发各种最终应用的最佳配方。
 
评价与测试
    在工业设备上开发可满足最终产品所要求的配方,成本高且耗费时间。有许多测试设备可用来研制聚合物的配方。
    这些测试设备可测试物理性能(冲击强度、透明度、热稳定性等)和化学参数。聚合物的机械性能可用流变仪、动态辊压机、熔体流动速率测定仪、小型注模机或吹塑机及实验室挤出机等测定,在开发一种配方时,通常要用到这些测试方法中的某几种。   色母料 填充母料 塑料袋 背心袋 编织袋 缠绕膜
    常用扭矩流变仪和挤出机评测润滑剂内外润滑功能的平衡。这些测试仪器包括从简单的机械设备到非常复杂的全计算机化系统。熔体指数测定仪和专用模具的设计用来对各种加工条件下对聚合物的粘度和金属脱模性能的评价。润滑剂评价中熔体粘度的测定可以用毛细管流变仪、锥形或板形粘度计及其他更专业化的设备进行。金属脱模性和滑爽性通常可在动力辊压机上测定。
具体测试和测试条件的选定需要考虑所用的聚合物、所要求的加工工艺及产品的应用等。开发一种完美无缺的工艺和使产品能够满足甚至超过对最终成品的要求,这两者都是很重要。
工程案例
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