塑料薄膜加工用塑料助劑的類別及應用

      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，用途的擴大和加工技術的不斷進步，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。是因為有些樹脂或薄膜產(chǎn)品其固有性能不適應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)品性能卻達不到我們的要求，這也要添加助劑，以改變其產(chǎn)品性能。當然這兩種作用是相輔相成的，有時是為了同時達到這兩種目的。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。但有時在對薄膜要求不太嚴格時，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。對加工條件的適應性某些樹脂的加工條件較苛刻，如加工溫度高，此時應考慮所選助劑會否分解，助劑對加工設備有無腐蝕作用。
    薄膜用途對助劑的制約不同用途的薄膜對助劑的氣味、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，有的兩種助劑會產(chǎn)生“協(xié)同作用”，也就是比單獨各用某一種助劑，發(fā)揮功能大的多。但如果配合不當，有些助劑間可能產(chǎn)生“相抗作用”，這樣會削弱每種助劑的功能，甚至使某種助劑失去作用，這一點應特別注意，如炭黑與胺類或酚類抗氧劑并用就會產(chǎn)生對抗作用。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流動性增大，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，機械性能和電性能也大大降低，甚至最終失去了使用價值。在這個復雜的破壞過程中，紫外線是對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聚合物大分子聯(lián)合作用的結(jié)果。

    為了保護高分子材料薄膜免受紫外線與氧的破壞，延長它們的使用壽命，將光穩(wěn)定劑添加于塑料材料中，使它們在樹脂中吸收紫外線的能量，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。評定一種紫外線吸收劑的好壞，要考慮到效能、加工、價格、無毒等，不能單獨強調(diào)某一兩項效果。這些條件綜合起來為：

    能有效地吸收波長為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聚合物的破壞作用，而對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化學穩(wěn)定，不與材料中的其他成份發(fā)生化學反應而損壞材料性能；

    n對可見光的吸收低，不著色、不變色；

    n價格便宜，制造方便，來源豐富。

    按照光穩(wěn)定劑的作用機理，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層次，每一個層次都能抑制紫外線對高聚物機體的破壞作用，在具體設計配合時，是一個層次或是每個層次的保護，應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理及化學組成，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有機鎳絡合物；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。

    抗氧劑對于大多數(shù)塑料品種來說，在其制造、加工、貯存及應用過程中，對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)生反應而導致降解或交聯(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。最后這種反應的結(jié)果則是性能老化。這類反應如果不受阻止，可以很快使聚合物氧化并失去使用價值。不同的塑料對氧的穩(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。按抗氧劑的作用機理，它對所有塑料均有效。

    抗氧劑的化學結(jié)構(gòu)可分為：1．酚類，包括：單酚、雙酚、三酚、多酚、對苯二酚、硫代雙酚；2．胺類，包括：萘胺、二苯胺、對苯二胺、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、價廉的方向發(fā)展。因此，酚類抗氧劑將會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，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，聚合物熔體必定要與加工機械表面產(chǎn)生摩擦，有些摩擦在對聚合物的加工是很不利的，這些摩擦使熔體流動性降低，同時嚴重的摩擦會使薄膜表面變得粗糙，缺乏光澤或出現(xiàn)流紋。為此，需要加入以提高潤滑性、減少摩擦、降低界面粘附性能為目的助劑。這就是潤滑劑。潤滑劑除了改進流動性外，還可以起熔融促進劑、防粘連和防靜電劑、爽滑劑等作用。

    潤滑劑可分為外潤滑劑和內(nèi)潤滑劑兩種,外潤滑劑的作用主要是改善聚合物熔體與加工設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滑的薄層。內(nèi)潤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性。常用的外潤滑劑是硬脂酸及其鹽類；內(nèi)潤滑劑是低分子量的聚合物。有的潤滑劑還有其他的功用。實際每一種潤滑劑都有可以實現(xiàn)某一要求的作用，總是內(nèi)外潤滑共同作用，只是在某一方面更突出一些。同一種潤滑劑在不同的聚合物中或不同的加工條件下會表現(xiàn)出不同的潤滑作用，如高溫、高壓下，內(nèi)潤滑劑會被擠壓出來而成為外潤滑劑。

    在塑料薄膜的生產(chǎn)中，我們還會遇到一些粘連現(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滑性的助劑，以增加外部潤滑性，一般稱作抗粘連劑或爽滑劑。一般潤滑劑的分子結(jié)構(gòu)中，都會有長鏈的非極性基和極性基兩部分，它們在不同的聚合物中的相容性是不一樣的，從而顯示不同的內(nèi)外潤滑的作用。按照化學組分，常用的潤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、有機硅化合物等。

    潤滑劑在塑料的實際加工中具有多種效能，例如在混煉、壓延加工時，能防止聚合物粘著料筒，抑制摩擦生熱，減小混煉轉(zhuǎn)矩和負荷，從而防止聚合物材料的熱劣化。在擠出成型時，可提高流動性，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。從加工機械角度來看，在混煉、壓延、搪塑等成型加工中，外潤滑劑有重要作用，在擠出、注射成型中，內(nèi)潤滑劑則更有效果。潤滑劑的用量一般在0.5％~1％，選用時應注意：

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

    n外潤滑是否有效，應以它能否在成型溫度時，在塑料面層結(jié)成完整的液體薄膜為準，因此外潤滑劑的熔點應與成型溫度接近，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強度以及其他物理性能。

    在生產(chǎn)中選擇潤滑劑時，應使之達到以下要求：

    n潤滑效能高而持久；

    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穩(wěn)定性優(yōu)良，在加工中不分解、不揮發(fā)；

    n不腐蝕設備，不污染薄膜，沒有毒性。

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

    常用的潤滑劑有硬脂酸、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滑，可作為多種塑料的潤滑劑、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)潤滑劑并用；而白油多用做PVC、PS的內(nèi)潤滑劑，潤滑性能好、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滑劑，用量1~2Phr，熱穩(wěn)定性和潤滑性比普通石蠟好。

    低分子量的聚合物也廣泛地用做潤滑劑，如聚乙烯蠟、低分子量聚丙烯，其內(nèi)、外潤滑性都較好，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，當濕度達到露點以下時，會在其表面凝結(jié)一層細微水滴，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，也會因結(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，從而使水易于濕潤塑料表面，凝結(jié)的細水滴能迅速擴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加入到樹脂中，其特點是不易損失、效能持久，但對于結(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溶劑或水中后，涂于塑料薄膜的表面，并使用簡便、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合或不要求持久性時使用。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)薄膜對防霧效果的要求，選擇幾種配合使用。防霧劑的化學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；長鏈脂肪酸的脂持久防霧效果好。實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。