IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017
ДОБАВКИ ДЛЯ ТЕРМОПЛАСТОВ
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Plasticizers are considered nonvolatile solvents.[1] They act to soften a material by separating the polymer chains allowing them to be more flexible. As a result, the plasticized polymer is softer with greater extensibility. Plasticizers reduce the melt viscosity and glass transition temperature of the polymer. In order for the plasticizer to be a “solvent” for the polymer, it is necessary for the solubility parameter of the plasticizer to be similar to the polymer. As a result, the plasticizer must be selected carefully so it is compatible with the polymer. One of
the primary applications of plasticizers is for the modification of PVC. In this case the plasticizers are divided into three classes, namely, primary and secondary plasticizers and extenders.[2] Primary plasticizers are compatible, can be used alone, and will not exude from the polymer. They should have a solubility parameter similar to the polymer. Secondary plasticizers have limited compatibility and are generally used with a primary plasticizer. Extenders have limited compatibility and will exude from the polymer if used alone. They are usually used
along with the primary plasticizer. Plasticizers are usually in the form of high-viscosity liquids. The plasticizer should be capable of withstanding the high processing temperatures without degradation and discoloration which would adversely affect the end product. The plasticizer should be capable of withstanding any environmental conditions that the final product will see. This might include UV exposure, fungal attack, or water. In addition, it is important that the plasticizer
show low volatility and migration so that the properties of the plasticized polymer will remain relatively stable over time. There is a wide range of plasticizer types. Some typical classes include phthalic esters, phosphoric esters, fatty acid esters, fatty acid esters, polyesters, hydrocarbons, aromatic oils, and alcohols.
Lubricants are added to thermoplastics to aid in processing. High molecular weight thermoplastics have high viscosity. The addition of lubricants acts to reduce the melt viscosity to minimize machine wear and energy consumption.[3] Lubricants may also be added to prevent friction between molded products. Examples of these types of lubricants include graphite and molybdenum disulfide.[4] Lubricants that function by exuding from the polymer to the interface between the polymer and machine surface are termed external lubricants. Their presence at the interface between the polymer and metal walls acts to ease the processing. They have low compatibility with the polymer and may contain polar groups so that they have an attraction to metal. Lubricants must be selected based on the thermoplastic used. Lubricants may cause problems with clarity, ability to heat seal, and printing on the material. Examples of these lubricants include stearic acid or other carboxylic acids, paraffin oils, and certain alcohols and ketones for PVC. Low molecular weight materials that do not affect the solid properties, but act to enhance flow in the melt state, are termed internal lubricants. Internal lubricants for PVC include amine waxes, montan wax ester derivatives, and long-chain esters. Polymeric flow promoters are also examples of internal lubricants. They have solubility parameters similar to the thermoplastic, but lower viscosity at processing temperatures. They have little effect on the mechanical properties of the solid polymer. An example is the use of ethylene-vinyl acetate copolymers with PVC.
Anti-aging additives are incorporated to improve the resistance of the formulation. Examples of aging include attack by oxygen, ozone, dehydrochlorination, and UV degradation. Aging often results in changes in the structure of the polymer chain such as cross-linking, chain scission, addition of polar groups, or the addition of groups that cause discoloration. Additives are used to help prevent these reactions. Antioxidants are added to the polymer to stop the free-radical reactions that occur during oxidation. Antioxidants include compounds such as phenols and amines. Phenols are often used because they have less of
a tendency to stain.[5] Peroxide decomposers are also added to improve the aging properties of thermoplastics. These include mecaptans, sulfonic acids, and zinc dialkylthiophosphate. The presence of metal ions can act to increase the oxidation rate, even in the presence of antioxidants. Metal deactivators are often added to prevent this from taking place. Chelating agents are added to complex with the metal ion.
The absorption of ultraviolet light by a polymer may lead to the production
of free radicals. These radicals react with oxygen resulting in what is termed photodegradation. This leads to the production of chemical groups that tend to absorb ultraviolet light, increasing the amount of photodegradation. To reduce this effect UV stabilizers are added. One way to accomplish UV stabilization is by the addition of UV absorbers such as benzophenones, salicylates, and carbon black.[6] They act to dissipate the energy in a harmless fashion. Quenching agents react with the activated polymer molecule. Nickel chelates and hindered amines can be used as quenching agents. Peroxide decomposers may be used to aid in UV stability.
In certain applications flame resistance can be important. In this case flame retarders may be added.[7] They act by one of four possible mechanisms. They may act to chemically interfere with the propagation of flame, react or decompose to absorb heat, form a fire-resistant coating on the polymer, or produce gases which reduce the supply of air. Phosphates are an important class of flame retarders. Tritolyl phosphate and trixylyl phosphate are often used in PVC. Halogenated compounds, such as chlorinated paraffins, may also be used. Antimony oxide is often used in conjunction to obtain better results. Other flame retarders include titanium dioxide, zinc oxide, zinc borate, and red phosphorus. As with other additives the proper selection of a flame retarder will depend on the particular thermoplastic.
Colorants are added to produce color in the polymeric part. They are
separated into pigments and dyes. Pigments are insoluble in the polymer, while dyes are soluble in the polymer. The particular color desired and the type of polymer will affect the selection of the colorants.
Blowing agents are added to the polymer to produce a foam or cellular
structure.[8] They may be chemical blowing agents which decompose at certain temperatures and release a gas or they may be low-boiling liquids which become volatile at the processing temperatures. Gases may be introduced into the polymer under pressure and expand when the polymer is depressurized. Mechanical whipping and the incorporation of hollow glass spheres can also be used to produce cellular materials. Peroxides are often added to produce cross-linking in a system. Peroxides can be selected to decompose at a particular temperature for
the application. Peroxides can be used to cross-link saturated polymers.
References
1. Berins, Plastics Engineering Handbook, pp. 48–49.
2. Mark, Polymer Science and Engineering, p. 433.
3. Maccani, “Application of Engineering Plastics,” p. 69.
4. Berins, Plastics Engineering Handbook, pp. 48–49.402. Brydson, Plastics Materials, 6th ed., p. 129.
5. Bosshard, A. W., and H. P. Schlumpf, “Fillers and Reinforcements,” in Plastics
Additives, 2d ed., R. Gachter and H. Muller, eds., Hanser Publishers, New York,
1987, p. 397.
6. Brydson, Plastics Materials, 6th ed., p. 122.
7. Bosshard, “Fillers and Reinforcements,” p. 407.
8. Kroschwitz, Polymer Science and Engineering, pp. 830–835.
Добавки
Существует широкий спектр добавок для термопластов. Некоторые
более важные добавки включают пластификаторы, смазки, анти-старение
добавки, красители, антипирены, пенообразователей, а также перекрестному сшиванию агенты и УФ-протекторы. Наполнители также считаются добавки, но покрыты отдельно позже.
Пластификаторы считаются энергонезависимые растворители.[1] Они действуют, чтобы смягчить материал, путем разделения полимерных цепей позволяет им быть более гибкий. В результате, пластифицированный полимер мягче с большей расширяемость. Пластификаторы снижают вязкость расплава и температуру стеклования Температура полимера. Для того, чтобы пластификатор, чтобы быть "Растворитель" для полимера, необходимо для параметра растворимости пластификатор, чтобы быть похожими на полимере. В результате, пластификатор должен быть выбран тщательно, таким образом он совместим с полимером. Один из Первичные заявки пластификаторов для модификации ПВХ. В этом случае пластификаторы разделены на три класса, а именно, первичные и вторичные пластификаторы и наполнители.[2] Первичные пластификаторы совместимы, могут быть использованы отдельно, а не будет проступать из полимера.
Они должны иметь параметр растворимости, аналогичный полимер. Вторичные пластификаторы имеют ограниченную совместимость и, как правило, используется с первичным пластификатора. Удлинители имеют ограниченную совместимость и будет источать из полимера, если они используются в одиночку. Они, как правило, используются наряду с первичным пластификатора. Пластификаторы, как правило, находятся в форме жидкостей высокой вязкости. Пластификатор должен быть в состоянии выдержать высокие температуры обработки без ухудшения качества и изменение цвета, которые могут отрицательно повлиять на конечный продукт. Пластификатор должен быть способен выдерживать любые условия окружающей среды что конечный продукт будет видеть. Это может включать в себя УФ-облучения, грибками, или вода. Кроме того, важно, что пластификатор показывают низкую летучесть и миграции, с тем, что к свойствам пластифицированный полимер будет оставаться относительно стабильным в течение долгого времени. Eсть Широкий диапазон типов пластификаторов. Некоторые типичные классы включают фталевого сложные эфиры, сложные эфиры фосфорной кислоты, сложные эфиры жирных кислот, сложные эфиры жирных кислот, сложные полиэфиры, углеводороды, ароматические масла, и спирты.
Смазочные материалы добавляют в термопластов для помощи в обработке. Высокая термопласты молекулярной массы имеют высокую вязкость. Добавление смазки действует для снижения вязкости расплава, чтобы свести к минимуму износ машины и сохранения энергия.[3] Смазочные материалы могут быть также добавлены, чтобы предотвратить
трение между погонажных изделий. Примерами таких видов смазочных материалов включают графит и молибден дисульфид.[4] Смазочные материалы, которые функционируют по выделяющийся из полимера на границе раздела между полимером и машина поверхность называются внешние смазочные материалы. Их присутствие на Интерфейс между полимером и металлическими стенками действует, чтобы облегчить процесс обработки. Они имеют низкую совместимость с полимером и может содержать полярные группы, так что у них есть влечение к металлу. Смазочные материалы должны быть выбран на основе термопласта, используемого. Смазочные материалы могут привести к проблемы с ясностью, способностью к теплу печать и печать на материале. Примерами таких смазок включают стеариновую кислоту или другие карбоновые кислоты, парафиновые масла, а также некоторых спиртов и кетонов для ПВХ. Низкомолекулярные вес материалов, которые не оказывают влияния на свойства твердых, но действуют, усилить поток в расплавленном состоянии, называются внутренние смазки. Внутренний смазочные материалы для ПВХ включают аминные воски, MONTAN производные эфира воска, и длинноцепочечные сложные эфиры. Полимерное активаторы течения также являются примерами внутренние смазки. Они имеют параметры растворимости, аналогичные термопласта, но более низкая вязкость при температурах обработки. Они имеют мало влияние на механические свойства твердого полимера. Пример является использование этилен-винилацетата с ПВХ.
Анти-старение добавки вводят для повышения сопротивления формулировка. Примеры старения включают нападение кислорода, озона,
дегидрохлорирования, и деградация УФ. Старение часто приводит к изменения в структуре полимерной цепи, такие как сшивки, расщепления цепи, добавления полярных групп, или добавление групп, вызвать изменение цвета. Добавки используются, чтобы помочь предотвратить эти реакции.
Антиоксиданты добавляют к полимеру, чтобы остановить свободнорадикальные реакции, которые происходят в процессе окисления. Антиоксиданты включают в себя соединения, такие как фенолы и амины. Фенолы часто используются потому, что они имеют меньше тенденция к окрашеванию.5 перекись редуцентов добавляют для улучшения стареющие свойства термопластов. К ним относятся меркаптаны, сульфокислоты кислоты и диалкилтиофосфат цинка. Присутствие ионов металлов может действовать, чтобы увеличить скорость окисления, даже в присутствии антиоксидантов. Дезактиваторы металлов часто добавляют, чтобы предотвратить это от принятия место. Хелатирующие агенты добавляют в комплекс с ионом металла.
Поглощение ультрафиолетового света с помощью полимера может привести к образованию свободных радикалов. Эти радикалы реагируют с кислородом в результате чего что называется фотодеградацию. Это приводит к получению химические группы, которые имеют тенденцию поглощать ультрафиолетовое излучение, увеличивая количество фотостарения. Чтобы уменьшить этот эффект УФ-стабилизаторы добавлен. Одним из способов реализации стабилизации УФ путем добавления УФ-абсорберы, такие как бензофеноны, салицилаты и углерода.[6] Они действуют, чтобы рассеять энергию в безвредное моды. Гашение агенты реагируют с активированной молекулы полимера. Никель и хелаты затрудненные амины могут быть использованы в качестве тушителями. Перекись редуценты могут быть использованы, чтобы помочь в УФ-стабильности.
В некоторых случаях применения огнестойкость может иметь важное значение. В этом замедлители пламени случай может быть добавлен.[7] Они действуют по одному из четырех возможных механизмы. Они могут действовать, чтобы химически препятствовать распространению пламени, реагируют или разлагаются поглощать тепло, образуют огнестойкие покрытие на полимере, или производят газы, которые уменьшают подачу
воздух. Фосфаты являются важным классом замедлители пламени. Тритолил
фосфат и фосфат тритолила часто используются в ПВХ. Галогенированные соединения, такие как хлорированные парафины, также могут быть использованы. Сурьма Оксид часто используется в сочетании, чтобы получить лучшие результаты. Другое пламя замедлители включают диоксид титана, оксид цинка, борат цинка, и красный фосфор. Как и с другими добавками, правильный выбор пламени замедлитель будет зависеть от конкретного термопласта.
Красители добавляют для получения цвета в полимерной части. Они есть разделены на пигментов и красителей. Пигменты нерастворимы в полимере, в то время как красители, растворимые в полимере. Конкретный желаемый цвет и типа полимера, будет влиять на выбор красящих веществ.
Газообразующих средств, добавляют к полимеру для получения пены или сотовой состав связи.[8] Они могут быть химические пенообразователи, которые разлагаются при определенных температурах и выпустить газ, или они могут быть низкокипящие жидкости которые становятся летучими при температурах обработки. Газы могут вводить в полимер под давлением и расширяться, когда полимер сбрасывают. Механические взбивания и включение полые стеклянные сферы могут быть также использованы для получения клеточных материалов.
Пероксиды часто добавляют для получения поперечной сшивки в системе. Пероксиды могут быть выбраны для разложения при определенной температуре в течение приложение. Пероксиды могут быть использованы для сшивания насыщенных полимеров.