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| 有機(jī)硅在塑料加工中的具體應(yīng)用 |
| 2014-07-21 |
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有機(jī)硅材料作為一種化工新型材料, 以其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、低溫柔韌性、憎水防潮性、卓越的電絕緣性及潤滑性等而被廣泛地應(yīng)用于塑料加工的各個(gè)領(lǐng)域。
1 硅油
硅油通常為無色、無味、無毒、無腐蝕的液體,有較高的耐熱性、優(yōu)異的電絕緣性和較低的表面張力, 在塑料的潤滑改性及阻燃、泡沫塑料勻泡及脫模等方面廣泛應(yīng)用。
1. 1 聚氨酯泡沫塑料發(fā)泡的勻泡劑
聚氨酯泡沫塑料是由多種原料在極短時(shí)間內(nèi)(一般不超過1min) 進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而成, 由液體變成膠體再變成高聚物, 其間經(jīng)歷了發(fā)泡、固結(jié)等復(fù)雜過程。因此,為了制得泡孔大小均一的彈性泡沫體,需使用勻泡劑。
有機(jī)硅勻泡劑通常為聚二甲基硅氧烷- 聚氧烷撐嵌段共聚物, 獨(dú)特的表面性質(zhì)(表面張力低、親水、親油、穩(wěn)定氣泡) 使之成為硬、軟質(zhì)聚氨酯泡沫的有效勻泡劑, 只有借助它的表面活性作用, 才能制作高度疏松、均勻、細(xì)孔結(jié)構(gòu)的彈性泡沫體。有機(jī)硅勻泡劑所起的作用如下:
(1) 使體系中多種互不相溶的物料(如多元醇、異氰酸酯、水或發(fā)泡劑等) 乳化成均勻的分散體, 從而使它們之間的化學(xué)反應(yīng)均勻而有效地進(jìn)行;
(2) 在反應(yīng)進(jìn)行、氣體產(chǎn)生之初, 起氣泡成核劑的作用;
(3) 降低氣- 液界面表面活性, 使泡孔不斷成長、均勻分布, 防止泡沫小孔與大孔并孔而產(chǎn)生的泡沫沸騰、塌泡;
(4) 生成彈性界面膜, 阻止泡沫破裂, 使泡沫穩(wěn)定上升,達(dá)到所需發(fā)泡體積。由以上幾點(diǎn)可以看出, 有機(jī)硅勻泡劑不但起到勻泡的作用, 而且對泡沫的比重、彈性、拉力都會有影響。不同活性原料、不同使用條件、不同發(fā)泡形式,使用不同類型的有機(jī)硅勻泡劑。Dow corning 研制成一種能適應(yīng)多種用途的有機(jī)硅- 聚乙二醇表面活性劑(DC Q2 - 5125) ,適用于各種聚氨酯泡沫塑料配方;并且在通用料、阻燃料和注模及熱壓加工中都有效,適用范圍寬,避免了不同加工方式需采用不同表面活性劑的弊病, 從而降低了庫存成本,減少了清理及沖洗管線的操作。江蘇省化工研究所、南京大學(xué)和南京塑料廠合作, 研制成有機(jī)硅泡沫穩(wěn)定劑, 商品牌號為“發(fā)泡靈”, 適用于軟質(zhì)、半硬質(zhì)和硬質(zhì)聚醚型聚氨酯泡沫塑料。
晨光化工研究院晨暉公司研制的商品牌號為GSR - 31 的有機(jī)硅表面活性劑是聚硅氧烷和聚氧化乙烯、氧化丙烯的共聚物, 屬于非離子型表面活性劑, 可與各種陽離子、陰離子和非離子表面活性劑共同使用, 具有較高的表面活性, 能溶于水和大多數(shù)有機(jī)溶劑。
1. 2 用作塑料加工的流動改性劑
1. 2. 1 直接用硅油作流動改性劑
利用含有機(jī)官能團(tuán)的活性有機(jī)硅中間體作為塑料加工的流動改性劑, 已成為當(dāng)今塑料加工業(yè)的新趨勢。如聚醚改性硅油、氨基改性硅油、環(huán)氧改性硅油以及有機(jī)硅- 丙烯酸酯共聚物等均為可用作塑料加工助劑的活性有機(jī)硅產(chǎn)品。這類助劑加入到塑料助劑中, 不但大大改善塑料的加工性能,而且提高了制品的物理性能。
美國奧斯德公司用聚硅氧烷與聚醚進(jìn)行共聚反應(yīng)制得聚醚改性硅油, 并將其用于聚乙烯加工中, 能有效地解決熔體破裂問題, 降低設(shè)備的轉(zhuǎn)動扭矩,提高樹脂的熔體流動速率。
1. 2. 2 制成硅油粉末作流動改性劑
硅油粉末是一類以有機(jī)硅氧烷聚合物為主體成份的新型材料, 是以微?！⒘Ｐ螒B(tài)存在的產(chǎn)品。它既保持了有機(jī)硅材料所特有的優(yōu)異性能,同時(shí)又具有許多新的特性, 特別是它的可分散性,克服了傳統(tǒng)有機(jī)硅材料在其他材料中分散困難的缺點(diǎn),可有效地應(yīng)用于各類材料的改性。
晨暉公司研制的GFY系列有機(jī)硅油粉末是將硅油與無機(jī)或有機(jī)材料配合以后再使其高度分散而粉末化, 其中有機(jī)硅成分占50 %以上。如用于ABS 的改性, 添加量1 %～3 % , 可使懸梁沖擊強(qiáng)度由12kJ / m2 增加至22kJ / m2 ,靜摩擦系數(shù)由0. 20 降低到0. 11。
1. 2. 3 制成有機(jī)硅母料顆粒作流動改性劑
有機(jī)硅母料是以相容性好的熱塑性樹脂作載體, 再與超高分子量的有機(jī)硅氧烷共混擠出而成。它不僅克服了傳統(tǒng)硅油添加困難和需要特殊設(shè)備的弊病, 而且由于硅油的分子量高, 改性后制品的耐磨性、潤滑性都有顯著的提高。
Dow corning 公司開發(fā)了兩種聚硅氧烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40 %和50 %的塑料注塑母料MB40 和MB50 ,粒料既可在混料時(shí)加入,也可在注塑或擠出時(shí)從加料口加入; 可采用單螺桿也可采用雙螺桿擠出成型。當(dāng)用量在0. 2 %～1 %時(shí),可提高混料速率, 改進(jìn)流動性和充模能力, 降低循環(huán)時(shí)間, 降低加工溫度, 使脫模更容易, 增加擠出機(jī)的擠出量和降低擠出機(jī)的扭矩, 從而降低能耗; 而當(dāng)用量在1 %～5 %時(shí), 則可以改進(jìn)塑料制品的表面性能, 如潤滑性、光澤、滑爽性、耐劃傷和耐腐蝕性,并不影響塑料的拉伸、沖擊及彎曲強(qiáng)度, 使塑料制品的表面具有可噴漆和可印刷功能。
晨暉公司開發(fā)的GPA - 581 系列有機(jī)硅母料是一種超高分子量的有機(jī)硅高聚物分散在聚乙烯( PE) 中的固體顆粒,硅氧烷的含量達(dá)40 %以上,可顯著提高加工性能和改善表面性能, 廣泛應(yīng)用于電纜料、硅芯管自潤滑層及用作其他塑料的流動改性添加劑。
1. 3 用作塑料加工的協(xié)效阻燃劑
隨著人們安全意識的日益提高和環(huán)保意識的不斷增強(qiáng), 對硅阻燃劑的研究成了近年來的熱點(diǎn)。將有機(jī)硅高聚物與ⅡA 族有機(jī)金屬鹽(如硬脂酸鎂) 、聚磷酸銨( PPA) 和季戊四醇的混合物、氫氧化鋁等共混, 既能與基材聚合, 又能與硅聚合物發(fā)生協(xié)同反應(yīng)。這不僅能提高兩種聚合物的互滲性,而且能促進(jìn)炭層的生成, 進(jìn)而阻止煙的形成和火焰的發(fā)展。
硅酮聚合物可通過類似于互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)( IPN) 部分交聯(lián)機(jī)理而結(jié)合入基材聚合物結(jié)構(gòu)中,這可大大限制硅添加劑的流動性, 使它不至于遷移至被阻燃聚合物的表面。以硅酮聚合物為阻燃劑時(shí), 它賦予基材特別優(yōu)異的阻燃性和抑煙性, 使之能用于防火安全要求非常嚴(yán)格而以前的阻燃體系又不能適用的場合。另外,硅酮聚合物不論作為添加劑還是作為共聚物的組成, 均能改善塑料的低溫抗沖擊性。由于它的惰性和穩(wěn)定性以及極低的玻璃化溫度(為- 54～87 ℃) ,所以長期處于高溫或低溫下其均能保持彈性。
NEC 開發(fā)了一種對環(huán)境污染小的有機(jī)硅/ 聚碳酸酯阻燃樹脂Nucycle , 樹脂在被熔化后5min 內(nèi)仍保持基本性質(zhì)。其最大的特點(diǎn)是高阻燃有機(jī)硅與PC 均一混合, 可代替鹵素和磷阻燃劑。IBM日本公司正采用該樹脂生產(chǎn)個(gè)人電腦機(jī)架。
晨暉公司開發(fā)的GPA - 581 和GF 系列有機(jī)硅橡膠粉末用作聚烯烴無鹵阻燃劑的協(xié)效劑, 可顯著提高塑料、橡膠制品的阻燃性能, 真正做到無鹵、無煙、阻燃、阻滴。對于加有填料和未加填料的聚烯烴, 由于燃燒時(shí)硅酮聚合物能與它們形成炭層(即SiOC 結(jié)構(gòu)) ,所以既能提高其氧指數(shù),又能降低火焰?zhèn)鞑ニ俣?。目前已成功用于聚烯烴電纜的生產(chǎn), 當(dāng)加入1～5phr GPA - 581(或GF 系列有機(jī)硅橡膠粉末) , 不僅有很好的阻燃效果, 還能提高電纜表面的光澤度, 防止熔體破裂, 并且使電纜的伸長率由0 增到400 %。
1. 4 用作脫模劑
硅油具有良好的潤滑和防粘性能, 脫模劑是它在工業(yè)上最早的應(yīng)用之一。它無毒、耐高溫、抗氧化、不易揮發(fā)、不腐蝕模具、具有良好的噴出性,并能使脫模部件的表面具有良好的光潔性, 加上對金屬無腐蝕, 對大多數(shù)橡膠、塑料不互溶, 因此被廣泛用作橡膠制品、塑料制品、金屬鑄造等的脫模劑。硅油作為脫模劑主要有: 油型脫模劑、溶液型脫模劑、乳液型脫模劑、硅膏型脫模劑、氣霧劑
型脫模劑。
2 硅橡膠粉末
有機(jī)硅聚合物的微粉化是國際上近年來發(fā)展起來的一個(gè)新的領(lǐng)域。眾所周知, 對于任何物質(zhì),當(dāng)其成為粒徑微米級以至納米級的粒子時(shí), 由于構(gòu)成該物質(zhì)的原子或分子在表面所占的比例大大增加,會產(chǎn)生很多新的性質(zhì)。
有機(jī)硅橡膠粉末(包括硅油粉末) 保持了作為有機(jī)硅材料所固有的耐高低溫、耐候、卓越的電性能、疏水防潮性等方面的優(yōu)異性能, 同時(shí)由于其交聯(lián)程度可以控制, 可引入各種官能團(tuán), 因此可大大改變微粒的表面性能和其他的一些性能。與無機(jī)材料相比,硅橡膠粉末比重小、折光率可調(diào)。晨暉公司研制開發(fā)的硅橡膠粉末, 商品牌號為GFX- 100、GFX- 101、GFX- 200、GFX- 300 , 在其他材料中可良好地分散, 吸油量大、潤滑性好、耐候性好,可在- 50～250 ℃下長期使用。因此,在塑料的加工中, 可廣泛用作流動促進(jìn)劑、防結(jié)塊劑、各類油的載體、協(xié)效阻燃劑、潤滑劑、疏水劑、脫模劑等, 提高抗沖擊性、潤滑性、阻燃阻滴等性能。例如用作聚乙烯- 氫氧化鋁/ 鎂無鹵阻燃體系的阻燃協(xié)效劑, 通用型聚苯乙烯的抗沖擊改性劑和潤滑劑。
3 硅樹脂脫模劑
硅樹脂脫模劑是可固化型脫模劑, 它與硅油型脫模劑相比, 其優(yōu)點(diǎn)有: 涂覆一次可使用幾十次到幾百次, 減少了材料費(fèi)及人工費(fèi); 提高設(shè)備生產(chǎn)能力; 減少廢、次品率; 提高制品表面光潔度; 模具型腔清潔, 有害煙霧少; 延長模具型腔等使用壽命; 具有更好的脫模效果。如對粘附性大、脫模較難的聚氨酯鞋底的成形, 可使用二甲基硅油與MQ型硅樹脂為有效成分的溶劑型脫模劑。
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