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* 精细化工工艺 第4章 合成材料助剂 4.1 概论 大部分的助剂是在加工过程中添加于材料或产品中的。因此,助剂也常被称作“添加剂”或“配合剂”。 1. 助剂的定义: 助剂是某些材料和产品在生产、加工过程或使用过程中用以改善生产工艺或提高产品性能所添加的各种辅助化学品。 一、助剂的定义及分类 4.1 概论 一、助剂的定义及分类 2.助剂的分类 (1)抗老化作用的稳定化助剂 (2)改善机械性能的助剂 (3)改善加工性能的助剂 (4)柔软化和轻质化的助剂 (5)改进表面性能和外观的助剂 (6)阻燃添加剂 ◆据功能不同: ◆据添加时间不同: 添加型: 反应型: 加工过程中添加,通过范德华力与聚合物相互作用 合成反应时添加,通过化学键与聚合物相互作用 二、选择助剂的原则 加和效应、协同效应、拮抗效应 1. 与聚合物的配伍性 相容性: 相似相容 稳定性: 不发生负反应 2. 耐久性: 挥发、抽出、迁移 3. 适应性: 加工条件、用途等的适应性 4. 配合效应: 4.2 增塑剂 内增塑剂和外增塑剂 一、定义及分类 1. 定义: 添加到聚合物体系中,能使聚合物体系增加塑性的物质。 塑性: 使材料产生形变而不断裂的性质 2. 分类 (1)据相容性不同: 主增塑剂和辅助增塑剂 (2)据作用方式不同: (3)据相对分子质量不同: 单体型和聚合物型 2. 分类 (4)据应用特性不同: 通用型和特殊型 (5)据化学结构不同:(最常用的分类方法) 苯二甲酸酯型 脂肪酸二元酸酯型 磷酸酯型 环氧化合物型 聚酯型 含氯增塑剂 柠檬酸酯型 一、定义及分类 二、增塑机理及塑化作用 4.2 增塑剂 隔离作用 : 1. 增塑机理: : 减小聚合物分子作用力 2. 塑化作用: 遮蔽作用: 相互作用: 非极性分子间 极性分子间 非极性增塑剂与极性聚合物间 三、对增塑剂性能的要求 5. 耐老化性好(直链结构耐寒性好,环氧系列耐候性好) 1. 具有良好的相容性 2. 塑化效率高 塑化效率:使树脂达到某一柔软程度的用量。 3. 低挥发性 4. 耐寒性好(相容性好,则耐寒性差,直链结构耐寒性好) 4.2 增塑剂 4.2 增塑剂 3. 分子量:300-500 1. 相容性好: 极性分子 极性基团: 非极性基团 酯基、-OH、-X等 2. 极性基团与非极性基团比例适当 4. 直链结构 四、PVC中增塑剂的结构特点 五、邻苯二甲酸酯的生产工艺 4.2 增塑剂 1. 合成反应 五、邻苯二甲酸酯的生产工艺 2. 工艺路线 苯酐 醇 硫酸 酯化 醇水混合物 水 醇 中和 水洗 脱醇 精制 产品 醇水混合物 4.2 增塑剂 六、其他增塑剂 1.间苯二甲酸酯基及对苯二甲酸酯 产品种类不多,应用有限 2. 脂肪酸二元酸酯类: 耐寒性能良好 3. 磷酸酯类: 抗霉菌性和良好,但毒性较大 4. 环氧化合物: 耐老化性能良好 5. 聚酯类: 耐久性良好 6. 含氯增塑剂 良好的电绝缘性 4.3 阻燃剂 一、定义及分类 1. 定义: 能延缓材料燃烧的物质。 2. 分类 (1)据结构不同 有机类: 无机类: (2)据添加方式不同 添加型: 反应型: 加工过程添加,适合于热塑性聚合物; 对材料性能影响较大。 合成过程添加,适合于热固性聚合物; 对材料性能影响较小。 有机卤化物、有机磷化物等 Sb2O3、Al(OH)3、硼化物等 二、阻燃剂的作用机理 1. 燃烧过程 (1) 加热阶段: (2)降解阶段: (3)分解阶段: (4)点燃阶段: (5)燃烧阶段: 可燃物升温 可燃物侧链断裂 (2)降解阶段 可燃物主链断裂 达到着火点、足够氧气 自由基链反应(产生大量活性·OH) 4.3 阻燃剂 二、阻燃剂的作用机理 (1) 保护膜机理 形成玻璃状保护膜 产生焦炭层 (2) 分解产生不燃性气体: (3) 链终止机理: (4) 冷却机理: (5) 协同机理 CO2、N2、NH3、H2O等 HX + HO· H2O + X· Al(OH)3 Al2O3 + H2O 吸热过程 △ 2. 阻燃机理 4.3 阻燃剂 三、阻燃剂的使用要求 1. 加工过程中,不挥发、不升华、不分解; 2. 对成型设备、模具无腐蚀作用; 3. 在树脂中分散性或相容性好,具有耐候性和长效性; 4. 价格不会提高太多,产烟速度慢且量少; 5. 加入后,不影响树脂的加工性能,加工条件不特殊。 4.4 抗氧剂 一、老化及其影响因素 1. 老化: 高分子材料在贮存、加工、使用过程中由于各种因素影响,使其性能发生变化而失去使用价值的现象。 2. 引起老化的因素 内因: 聚合物本身结构、添加剂的性质 外因: 物理因素: 化学因素: 生物因素: 光、热、应力、电场、射线等 O2、O3、化学介质
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