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【收藏】塑料助剂选择要如何建立系统性思维?以分散剂为例

时间:2022-09-15 11:49:31 作者:爱游戏直接下载 来源:爱游戏app手机版

  塑料助剂在塑料成型加工中占有特别重要的地位,包括增塑剂、热稳定剂、抗氧剂、光稳定剂、阻燃剂、发泡剂、抗静电剂、防霉剂、着色剂和增白剂(见颜料)、填充剂、偶联剂、润滑剂、脱模剂等。

  塑料配方设计表面看起来很简单,但其实包含了很多内在的联系,为了设计出高性能、易加工、低价格的配方,选择助剂时需要考虑的因素很多,按要达到的目的选择合适的助剂品种,所加入助剂应能充分发挥其预计功效,并达到规定指标。

  ◆阻燃——溴类(普通溴系和环保溴系)、磷类、氮类、氮/磷复合类膨胀型阻燃剂、三氧化二锑、水合金属氢氧化物;

  ▲导电——碳类(炭黑、石墨、碳纤维、碳纳米管)、金属纤维和金属粉、金属氧化物;

  ▲磁性——铁氧体磁粉、稀土磁粉包括钐钴类(SmCo5或Sm2Co17)、钕铁硼类(NdFeB)、钐铁氮类(SmFeN)、铝镍;

  ★导热——金属纤维和金属粉末、金属氧化物、氮化物和碳化物;碳类材料如炭黑、碳纤维、石墨和碳纳米管;半导体材料如硅、硼;

  ○纤维状助剂的增强效果好(助剂的纤维化程度可用长径比表示,L/D越大、增强效果越好,这就是为什么我们加玻璃纤维要从排气孔加入);

  ○圆球状助剂的增韧效果好、光亮度高。硫酸钡为典型的圆球状助剂,因此高光泽PP的填充选用硫酸钡,小幅度刚性增韧。

  阻燃剂的粒度越小,阻燃效果就越好。例如水合金属氧化物和三氧化二锑的粒度越小,达到同等阻燃效果的加入量就越少;

  以炭黑为例,其粒度越小,越易形成网状导电通路,达到同样的导电效果加入炭黑的量降低。但同着色剂一样,粒度也有一个极限值,粒度太小易于聚集而难于分散,效果反倒不好。

  所有无机类添加剂的表面经过处理后,改性效果都会提高。尤其以填料最为明显,其它还有玻璃纤维、无机阻燃剂等。

  表面处理以偶联剂和相容剂为主,偶联剂具体如硅烷类、钛酸酯类和铝酸酯类,相容剂为树脂对应的马来酸酐接枝聚合物。

  我们的配方设计其实也是一样,在设计配方的时候必须要有系统性的思维方式,这次我们就以消泡剂的选取来谈谈系统性思维的重要性。

  谈到消泡就不得不提到著名的斯托克斯公式:气泡的上升速度与气泡的半径的平方成正比,与体系的粘度成反比。

  那么我们在解决整个体系消泡的时候“粘度”就是贯穿整个体系的系统性思维的主线。

  如果您的体系是有颜色填料的话,分散剂的选取的不同会对整个体系的流变特性产生重大的影响,这种影响在一般的体系中的影响权重可能占比不大,或者说我们感觉不到。

  这种影响在高固体份或无溶剂体系所占的权重就大到不得不认真考虑了。让我们来直观地看一下在无溶剂或高固体份体系中分散剂对体系的整体流变性能的影响。

  可以看出在无溶剂或高固份环氧体系中无论是有机颜料还是无机颜料适合体系的解絮凝型的分散剂可以把体系的流变类型做到牛顿型(照片右边样品),可见体系在这种流变特性的情况下无论体系粘度有多高,体系中的气泡还是能够上升的。

  但在左边未加分散剂量或分散剂选择不当以及分散剂加量不够的情况下,体系的触变性会对后期体的消泡流平造成严重的影响。气泡在这样的体系当中是很难运动上升并最终破泡。

  那么对于我们常见的更多的含溶剂的体系是一个什么情况呢? 其实大量的溶剂“冲淡”并掩盖了左边照片的这种对消泡流平不利的情况。

  由于大量溶剂做载体使得这种影响的权重大大降低了,有时我们甚至可以不去考虑分散剂降粘这个因素。但真实的情况是当我们的溶剂型涂料被喷涂到工件表面的时候大量的溶剂已经挥发到大气当中,工作表面的涂料状态更加接近于高固体份的状态。

  这就又回到了我们之前讨论的状态必须考虑分散剂降粘对后期消泡及流平性能的影响。但如果在含有足够溶剂载体时已经完成消泡流平,似乎我们就可以忽略这个因素的影响。其实不然因为这可能会导致你消泡剂及流平剂助剂成本的上升。

  如果体系内含有大量消光粉而没有很好的哑粉专用分散剂的保护,将对后期消泡剂的选择造成很大的负面的影响。如图:

  我们绝大多数的底材润湿剂和流平剂都或多或少的存在一定的气泡稳定性。因为这些物质都是具有界面活性的物质。这些物质的存在会使气泡壁的情况如下图。

  所以选择不稳泡的表面助剂,甚至是可以消泡的表面助剂对消泡剂的选择非常重要。尤其是在高固体份或无溶剂体系中。如下图:BYK具有消泡特性的表面助剂。通常降低表面张力能力越强的助剂越稳泡。但BYK-378是个例外,它既可以强烈降低表面张力,又可以实现相对的不稳泡。

  无论是分子间氢键原理的流变助剂还是分子间缠绕原理的流变助剂都会对整个体系的流动流平以及消泡产生比较大的负面的影响(如下图)。

  所以在选择流变助剂的时候一定要明白加入流变助剂的目的才能尽可能的选择对体系负面影响比较小的助剂。

  比如:在选防沉剂的时候最好选A点粘度较高而B点粘度较低的流变助剂为好。这样的流变助剂会有很好的防沉效果,同时对体系的消泡流平影响最小。

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