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表面活性剂在塑料工业中的研究进展
时间:2015年03月28日 | 来源:互联网 | 浏览:次 | 【字体:

表面活性剂是具有亲水基团和亲油基团的特殊结构分子,因而具有一系列应用功能,而被作为助剂广泛的应用于塑料工业的各个领域中。

1、表面活性剂在塑料抗静电剂中的应用

塑料是一种电器绝缘性能良好的高分子材料,但是塑料作为绝缘材料使用时候,其表面极易摩擦产生静电会导致火灾、爆炸、电击等事故。通过在塑料中添加表面活性剂作为抗静电剂可以有效消除静电。

抗静电剂按使用方式可分为外部涂敷和内部混炼两种方式。其作用机理主要有两方面:一是表面活性剂的亲油基与树脂结合,亲水基在塑料表面形成导电层或通过氢键与空气中的水分相结合,从而降低表面电阻,加速静电荷的泄露;二是赋予塑料表面一定的润滑性,降低摩擦系数,从而抑制和减少电荷的产生。常见的塑料抗静电剂有:非离子型、阳离子型、阴离子型、混合型等。

1.1非离子型抗静电剂

非离子型抗静电剂具有良好的加工性和热稳定性等优点,主要有聚乙二醇酯或醚类、多元醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺、脂肪胺乙氧基醚等产品。

杭州化学研究所开发出HKD-100、HKD-102、HKD-151、HKD-178、HKD-196、HKD-1800等一系非离子型抗静电剂。其中HKD-1800(N,N-二羟乙基十八胺,国外牌号:Ar-mostat-600)抗静电效果良好,可使塑料制品的表面电阻降至108Ω,广泛应用于PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)等高分子材料中。

山西省化工研究院开发出KJ-210(脂肪烷醇酰胺及其酯的混合物)和KJB-02(有机硼非离子表面活性剂)。其中KJ-210适用于PE、PP、PS、ABS及天然胶等制品,具有抗静电性能好、持久性强、对热稳定与其它助剂配伍性佳等特点。而KJB-02由于亲水基团中引入了含硼极性基团,显示出良好的抗静电性和热稳定性,可用于BOPP薄膜(双向拉伸聚丙烯薄膜)、PP、PE等聚烯烃制品,并且在ABS、PVC等聚合物中的抗静电性也非常突出。

北京化学工业研究院开发出ASA-40(烷基胺环氧乙烷加成物,适用于PE)和ASA-90(适用于ABS、PS、PE)。国外Uniqema公司生产的Atmer129(甘油单硬酯酸酯)、Atmer163(乙氧化胺)、Atmer154(烷氧基脂肪酸酯),广泛应用于PS、PVC、PE。而PVOInternational,Inc公司开发Drewplast017和Drewplast032(含酯基型非离子表面活性剂)主要适用于PE。DuPont,Stepan等公司[7]则开发出ZelecTY和ZelecNK(醇磷酸酯型非离子表面活性剂)可适用于Polyolefinfibers(聚烯烃纤维),Myla(r聚酯薄膜)等塑料制品。

1.2阳离子型抗静电剂

阳离子型抗静电剂主要包括胺盐、季铵盐、烷基氨基酸盐等,其中季铵盐最为重要。

杭州化学研究所开发出HKD-200和HKD-321。其中HKD-321抗静电性能优异,化学结构稳定,当使用浓度在1.0%时涂覆在各种塑料板材、薄膜、纤维上,可以获得良好的抗静电效果,可使制品表面电阻降至107-8欧姆。HKD-321广泛使用于PVC(聚氯乙烯)扭结膜、ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)牵伸管、PS(聚苯乙烯)片材等材料的外部抗静电处理。

上海经纬化工有限公司(原上海合成洗涤剂三厂)生产的SH-105抗静电剂,主要用于煤矿用PVC输送带及PVC制品。上海天坛助剂有限公司(原上海助剂厂有限公司)开发出抗静电剂P(烷基磷酸脂胺盐)和SN(十八烷基二甲基羟乙基季铵硝酸盐)。其中抗静电剂P对锦纶、涤纶、维论等合成纤维具有优良的消除静电效果;SN用于聚酯、聚乙烯醇、聚氧乙烯等塑料制品的静电消除。

国外Cytec公司开发出CyastatSN、Cyastat609、CyastatSP等一系列阳离子型抗静电剂,广泛应用在传动皮带、印刷胶辊、酚醛树脂等方面;WitcoChemicalCorp公司开发的阳离子型抗静电剂MarkstatAL-12应用在复印机中的塑料片材。

1.3阴离子型抗静电剂

阴离子型抗静电剂的种类不多,国内常见的阴离子型抗静电剂有ABPS(壬基苯氧基丙烷磺酸钠)和DPE(对壬基二苯醚磺酸钾)。国外U-niqema公司[4]开发的Atmer190(烷基硫酸盐)可广泛应用于PS、PVC、PE、PC(聚碳酸脂)、POM(聚甲醛树脂)、PA(聚酰胺)、TPU(热塑性弹性体橡胶)等领域中。

1.4混合型抗静电剂

混合型抗静电剂是指两种或两种以上类型的表面活性剂复配使用的新型抗静电剂,其往往具有更加优良的抗静电效果。

杭州化学研究所开发出的混合型抗静电剂有S-15和S-18(阳离子/非离子)。其中S-15是PVC抗静电剂,适用于软质、半硬质PVC,具有优良的耐热性,抗静电性能稳定等优点,在PVC中的添加量在1.5-3%时,能使塑料表面的电阻降至107欧姆。

北京化学工业研究院开发出的混合型抗静电剂ASA150(阳离子/非离子)是专门为PVC、聚氨酯(PU)制品提供有效抗静电性能而设计的,也可用于橡胶、聚烯烃类塑料制品中。

2、表面活性剂在泡沫塑料中的应用

具有微孔结构的泡沫塑料是一种广泛用途的塑料产品。泡沫塑料当采用发泡剂使聚合物中产生大量气泡时,为了使产生的气泡保持稳定和均匀,必须添加表面活性剂作为稳泡剂,其主要作用是降低孔壁的表面张力,促进泡孔中维持一定的正压,从而控制泡孔的增长和稳定,使泡孔既不破裂,也不瘪塌。泡沫塑料按用途分为酚醛泡沫塑料,聚氨酯泡沫塑料等。

2.1酚醛泡沫塑料

酚醛泡沫塑料(PF)是由酚醛树脂加入表面活性剂、发泡剂、固化剂等多种加工助剂,经搅拌发泡、熟化而成的泡沫塑料。随着高层建筑、航空工业、交通运输以及空间技术的发展,对泡沫塑料的热稳定性和耐燃性的要求也越来越严格。

与PS泡沫、PE泡沫、PU泡沫相比较,PF具有难燃、自熄、低烟、耐火焰等优点。PF常选择的表面活性剂有:JFC(脂肪醇聚氧乙烯醚)OP-10(烷基酚聚氧乙烯醚)、AES(脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠)、Tween-20,Tween-80(吐温系列非离子表面活性剂)、PluronicF-127(聚丙二醇与环氧乙烷加聚物)、DC-DC-193(硅酮系表面活性剂)等。

王进福考察了:DC-193Tween-80、DC-193/Tween-80、DC-193/JFC等四种非离子表面活性剂体系,研究了不同体系对酚醛泡沫性能的影响。结果表明:采用DC-193/Tween-80复配体系时,泡沫的综合性能最好。商平分别选择了非离子表面活性剂(Tween-80、Tween-20、DC-193、OP-10)和阴离子表面活性剂(AES)作为酚醛树脂的稳泡剂。研究发现当采用Tween-80/DC-193/AES的复配体系时,酚醛树脂的泡沫的综合性能最优。

2.2聚氨酯泡沫塑料

近年来,聚氨酯(PU)工业发展很快,这是因为PU材料的性能优良,其软质泡沫塑料具有质轻、柔软、绝缘、透气、无毒、回弹性好、耐湿、耐老化、耐有机溶剂、隔音、保温等多种优良特性,因此,广泛用于交通运输、建筑、装饰、工业设备、管道保温、轻工业、民用家具等领域。

表面活性剂(主要是有机硅表面活性剂)是PU泡沫塑料发泡工艺过程中必不可少的组分之一。晋心文合成了PU软泡用稳泡剂H-420(机硅表面活性剂)其生成的泡沫,其主要性能与采用进口品的相当阎敏[24]合成有机硅表面活性剂(低氢聚硅氧烷和端烯丙基聚醚为中间体),应用到PU硬泡生产中,匀泡性能良好。

国外MomentivePerformancMaterials公司生产的NiaxSiliconeSE-232(有机硅表面活性剂),NiaxM-6682(酯类表面活性剂)可用于制备网化PU泡沫塑料。

3、表面活性剂在其它方面的应用

3.1表面活性剂在塑料填料中的应用

经过表面活性剂改性过的CaCO3可填充在塑料中,并大大提高其加工性能及力学性能吉红念合成了不同碳链长度的烷基磷酸酯,并用于轻质碳酸钙的改性,当用量为2.5%(改性剂/碳酸钙质量比)时,可明显改善塑料填料CaCO的表面性能及填充性能,软PVC体系的加工性能及力学性能有明显的改善作用,且单酯改性的加工性能优于相同碳链长度的双酯。

3.2表面活性剂在塑料表面清洗中的应用

表面活性剂也可以用在塑料表面的清洗中。刘娅莉研究了用于塑料表面的清洗剂。该清洗剂由LAS(十二烷基苯磺酸钠)、TX(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)、TA(聚醚型非离子表面活性剂)组成,对ABS、PVC、PP、酚醛塑料等具有良好的清洗效果。

3.3表面活性剂在塑料薄膜中的应用

添加流滴剂制成的塑料棚膜,可减少或消除膜上的雾滴,增加棚内日光透入量,因而提高棚温和地温,增强光合作用,促进作物生长。当用于鲜活商品的包装膜时,能消除或减少包装膜的雾珠提高袋内的可见度,减少商品霉变,从而提高商品价值。

北京市化学工业研究院开发出FY型聚乙烯流滴剂(多种非离子表面活性剂复配而成)主要用于PVC大棚薄膜,也可用于PVC包装膜。此外,FY系列产品还可用于EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚酯)农膜。

目前,我国积极研发塑料工业应用的表面活性剂。但与国外大公司相比,我国塑料用表面活性剂主要还是模仿国外大公司产品,无论品种还是质量还存在较大差距,因此,应该大力加强院校企业间的技术合作,开发出性能优良、价格低廉、绿色环保的塑料工业用表面活性剂。

(作者:未知; 编辑:zhongxing)


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