高分子材料中的各種添加劑都有什麼作用?

2021-01-11 網易

2021-01-10 06:06:02 來源: 山抹巍雲

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  1、增塑劑(塑化劑)

  這是塑料領域最常聽到的添加劑,前幾年的臺灣塑化劑事件似乎猶在耳邊。

  塑料如果從字面上理解就是可以塑形的材料,增塑劑也可理解為增加塑料的可塑性。
塑料的主體都是高分子,沒有例外;高分子的基本概念其實就是說分子量特別大,微觀上來理解的話就是具有非常非常長的分子鏈,最基本的形狀就是蜈蚣那樣。宏觀來講,密集恐懼症躲開,其他人可以想像一下成千上萬條蜈蚣纏繞的感覺(腦子嗡地炸了,緩下先,還是換辮子做比喻吧,忽略側鏈了);
辮子纏繞得太緊就不易變形了,所以要從麻花辮編成雙馬尾,首先就要把辮子稍微解開一些,對於高分子最常用的方法就是加熱,然後重新把辮子紮起來——也就是定型,例如吹塑、擠出等方法。
可是高分子的性能各異,有些高分子在「解開」的過程中很容易變質,最突出的就是PVC,一般要加熱到170度才能加工,可140度時這貨就開始放出氯化氫了,也就是鹽酸氣,很讓人不省心。我們想一想,如果頭髮睡了一覺醒來纏在一起梳不開該怎麼辦?或許有人會將此作為新髮型頂著出去,但更多人會選擇洗頭。所以科學家們也想到這一招,往PVC裡加點增塑劑,就可以在140度條件下進行加工了。
增塑劑的挑選也是一門學問,就像我們不可能用芝麻油洗頭一個道理,PVC所用的增塑劑大部分都是鄰苯二甲酸酯類,包括人人喊打的DEHP。既是談作用,此處不再多說健康的話題了。
需要注意的是,由於增塑劑比較容易析出,影響產品質量,即便不析出,塑料的強度也下降了,所以塑料加工企業都是本著能不加就不加的態度,從用量來講,PVC與PVDC兩種塑料所用的增塑劑大概佔到增塑劑行業的90%用量以上,也能從反面印證這一點。所以,對於「塑料都含塑化劑」的說法還是要抱著懷疑的眼光去看。

  

  2、增韌劑

  很容易與增塑劑混淆,有一些增塑劑確實也可當增韌劑這麼用,這時因為兩者的原理通常都是改變高分子的結晶性。但具體到產品參數而言,兩者其實是不同的。
還是以頭髮來比喻,增塑劑相當於水,主要管的是加工過程,而增韌劑相當於護髮素,主要管的是後面的應用過程。
有些塑料很脆,使用的時候跟玻璃一個感覺,摔地上就碎,顯然應用起來不是很舒服,很多人喜歡塑料製品不就圖個不容易摔壞麼。增韌劑存在的任務就是為了解決這個問題。對於PVC塑料而言,增塑劑也是增韌劑,但其他塑料的增韌劑就五花八門了,有的直接就是用橡膠這樣的高分子作為增韌劑。

  3、抗氧劑

  關心方便麵食品健康問題的話,應該聽說過BHT這種物質,前幾年曾經被報導過。
BHT是最常見的酚類抗氧劑,塑料工業中使用得極為普遍,材料加工行業中這幾乎是必需品。
塑料是有機高分子,分子其實是蠻脆弱的,如果高溫狀態下遇到氧氣這樣的流氓是很危險的,就好像穿著很簡單的妙齡少女走到了夜深人靜的大街上。我們都知道某些不該發生的事情罪魁禍首是氧氣,跟高分子自己無關,但氧氣勢力實在太大,地球離不開它,所以只好給高分子多穿點衣服,也就是抗氧劑,真的遇到氧氣的時候,脫下外套,然後金蟬脫殼,避免發生更壞的後果。
這基本就是抗氧劑的作用了。當然,現實中的氧化劑不只是氧氣這一種。

  4、阻燃劑

  阻燃劑在塑料工業中的應用並不多,但確實很重要,如果我們的塑料加工行業都能按照標準生產阻燃性塑料,很多火災的危害都會下降。所以還是再添一句私貨:目前國內塑料加工行業的添加劑問題不僅僅是濫加,還有錯加和少加的問題,而且後面兩個問題更嚴重,添加劑對我們的保護作用絕對大於危害。
阻燃劑的作用就簡單了,阻止燃燒速度,很多是含磷含氯的物質,快速生成自由基,從而阻止火源擴散。

  5、著色劑

  這個就更簡單了:給塑料上色的作用。
但休要簡單看待上色這個問題,性能與美觀是塑料加工中最為重要的兩個方向,性能決定用途,美觀卻決定利潤,所以對於具體的企業來說,後者有時反而更受關注。如果我們看到一部手機,外殼的上色不均勻,很可能就不會去買,至於耐不耐摔,反正就算是在砸核桃神器的那個品牌櫃檯,我也沒見過有人買手機的時候去試驗外殼的強度。
關於著色劑還有很多不同的稱呼:顏料、顏填料、染料、色漿、色母等,萬幸的是,它們的含義都不一樣——所以高分子專業的童鞋們,你們的記憶力還好嗎?這裡就不展開了。

  6、增強劑(補強劑)

  大多數時候口頭稱呼的填料也都是指增強劑,其作用就是增加塑料的強度。
強度不同於硬度,這一點要區分的,大多數塑料使用過程中都不要求硬度,但除了食品袋的撕口位置,一般塑料對強度的要求都很高。
大多數時候,增強劑同時還能降低塑料的成本,因為常用的增強劑,包括碳酸鈣、滑石粉、石墨或炭黑,以及二氧化矽等都比較便宜。當然,這些物質能增強,靠的是它們與高分子直接的相互作用,不能無限添加,加多了強度也會下降。
它們一般也都無害。

  7、交聯劑

  交聯劑其實也能稱作增強劑,因為對於最終成型的材料而言,它也起到了類似效果。
但與一般填料不同,交聯劑與高分子之間發生的是化學反應。通過交聯這樣的化學反應,塑料的定型變得更加穩固。
如果還用前面的頭髮做例子,一般的定型就是用頭繩扎了起來,一跑步可能就會鬆開,而交聯劑就像夾子,作用力比較牢固。

  8、光穩定劑

  紫外光這種高能電磁波能讓不少高分子出現斷鏈現象,光穩定劑就是為了處理這個問題。

  9、熱穩定劑

  與第8條類似,只是斷鏈反應的能量來源變成高溫。

  10、發泡劑

  吃過泡麵吧,面是怎麼泡起來的呢?當然不是發泡劑的功勞。
這裡要說的是泡麵盒,這種泡沫塑料是怎麼來的。一般塑料都是實心的,要想做成像饅頭一樣的發泡塑料,顯然不能靠酵母,怕是酵母也不可能在塑料加工工藝中生存——於是發泡劑就充當了這樣一種酵母的作用,當然發泡機理就很多樣了,常見的發泡氣體有二氧化碳、氮氣、氨氣等。要描述清楚發泡工藝,足可寫出一本書。

  11、潤滑劑

  主要也是加工過程中使用,與增塑劑有點類似——增塑劑降低了分子間的摩擦力,而潤滑劑不僅可以降低分子間摩擦力,還可以降低分子與容器間的摩擦力。

  12、抗靜電劑

  與阻燃劑其實可以類比,也是一種用量不算大,但在特殊場合卻極為重要,特別是電子元器件中,作用是為了降低塑料表面的靜電積聚。

  13、還多著呢

  以上的這些添加劑算是塑料加工過程中比較通用的一些添加劑,有些特殊的塑料通常也要使用特殊的添加劑,例如氟塑料,很多添加劑都加不進去,但應用於氟塑料工業的添加劑一般也不怎麼用於通用塑料。

  在這眾多的添加劑中,你是不是看花眼了呢?

  磷酸(氫)鋯,一種高性能添加材料,可添加到各種合成樹脂(如PP、PE、PVC、PS、PET、ABS等)、各種膠粘劑,各種陶瓷和人造石以及合成纖維中。添加到合成樹脂或纖維中,可根據具體生產情況選擇粉末制或塑料(纖維)母粒。加入到塗料、膠粘劑、人造石等只能將粉末直接加入即可。

  

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