有機硅在塑料加工中的具體應用

有機硅在塑料加工中的具體應用
 
有機硅材料作為一種化工新型材料, 以其優異的熱穩定性、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用于塑料加工的各個領域。

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用。

1. 1 聚氨酯泡沫塑料發泡的勻泡劑

聚氨酯泡沫塑料是由多種原料在極短時間內(一般不超過1min) 進行化學反應而成, 由液體變成膠體再變成高聚物, 其間經歷了發泡、固結等復雜過程。因此,為了制得泡孔大小均一的彈性泡沫體,需使用勻泡劑。

有機硅勻泡劑通常為聚二甲基硅氧烷- 聚氧烷撐嵌段共聚物, 獨特的表面性質(表面張力低、親水、親油、穩定氣泡) 使之成為硬、軟質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、細孔結構的彈性泡沫體。有機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、水或發泡劑等) 乳化成均勻的分散體, 從而使它們之間的化學反應均勻而有效地進行;

(2) 在反應進行、氣體產生之初, 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, 使泡沫穩定上升,達到所需發泡體積。由以上幾點可以看出, 有機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、不同發泡形式,使用不同類型的有機硅勻泡劑。Dow corning 研制成一種能適應多種用途的有機硅- 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、南京大學和南京塑料廠合作, 研制成有機硅泡沫穩定劑, 商品牌號為“發泡靈”, 適用于軟質、半硬質和硬質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, 能溶于水和大多數有機溶劑。

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

利用含有機官能團的活性有機硅中間體作為塑料加工的流動改性劑, 已成為當今塑料加工業的新趨勢。如聚醚改性硅油、氨基改性硅油、環氧改性硅油以及有機硅- 丙烯酸酯共聚物等均為可用作塑料加工助劑的活性有機硅產品。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行共聚反應制得聚醚改性硅油, 并將其用于聚乙烯加工中, 能有效地解決熔體破裂問題, 降低設備的轉動扭矩,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硅氧烷聚合物為主體成份的新型材料, 是以微粒～超微粒形態存在的產品。它既保持了有機硅材料所特有的優異性能,同時又具有許多新的特性, 特別是它的可分散性,克服了傳統有機硅材料在其他材料中分散困難的缺點,可有效地應用于各類材料的改性。

晨暉公司研制的GFY系列有機硅油粉末是將硅油與無機或有機材料配合以后再使其高度分散而粉末化, 其中有機硅成分占50 %以上。如用于ABS 的改性, 添加量1 %～3 % , 可使懸梁沖擊強度由12kJ / m2 增加至22kJ / m2 ,靜摩擦系數由0. 20 降低到0. 11。

1. 2. 3 制成有機硅母料顆粒作流動改性劑

有機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硅氧烷共混擠出而成。它不僅克服了傳統硅油添加困難和需要特殊設備的弊病, 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 公司開發了兩種聚硅氧烷質量分數分別為40 %和50 %的塑料注塑母料MB40 和MB50 ,粒料既可在混料時加入,也可在注塑或擠出時從加料口加入; 可采用單螺桿也可采用雙螺桿擠出成型。當用量在0. 2 %～1 %時,可提高混料速率, 改進流動性和充模能力, 降低循環時間, 降低加工溫度, 使脫模更容易, 增加擠出機的擠出量和降低擠出機的扭矩, 從而降低能耗; 而當用量在1 %～5 %時, 則可以改進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。

晨暉公司開發的GPA - 581 系列有機硅母料是一種超高分子量的有機硅高聚物分散在聚乙烯( PE) 中的固體顆粒,硅氧烷的含量達40 %以上,可顯著提高加工性能和改善表面性能, 廣泛應用于電纜料、硅芯管自潤滑層及用作其他塑料的流動改性添加劑。

1. 3 用作塑料加工的協效阻燃劑

隨著人們安全意識的日益提高和環保意識的不斷增強, 對硅阻燃劑的研究成了近年來的熱點。將有機硅高聚物與ⅡA 族有機金屬鹽(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, 又能與硅聚合物發生協同反應。這不僅能提高兩種聚合物的互滲性,而且能促進炭層的生成, 進而阻止煙的形成和火焰的發展。

硅酮聚合物可通過類似于互穿聚合物網絡( IPN) 部分交聯機理而結合入基材聚合物結構中,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, 它賦予基材特別優異的阻燃性和抑煙性, 使之能用于防火安全要求非常嚴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 開發了一種對環境污染小的有機硅/ 聚碳酸酯阻燃樹脂Nucycle , 樹脂在被熔化后5min 內仍保持基本性質。其最大的特點是高阻燃有機硅與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個人電腦機架。

晨暉公司開發的GPA - 581 和GF 系列有機硅橡膠粉末用作聚烯烴無鹵阻燃劑的協效劑, 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, 由于燃燒時硅酮聚合物能與它們形成炭層(即SiOC 結構) ,所以既能提高其氧指數,又能降低火焰傳播速度。目前已成功用于聚烯烴電纜的生產, 當加入1～5phr GPA - 581(或GF 系列有機硅橡膠粉末) , 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, 脫模劑是它在工業上最早的應用之一。它無毒、耐高溫、抗氧化、不易揮發、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

有機硅聚合物的微粉化是國際上近年來發展起來的一個新的領域。眾所周知, 對于任何物質,當其成為粒徑微米級以至納米級的粒子時, 由于構成該物質的原子或分子在表面所占的比例大大增加,會產生很多新的性質。

有機硅橡膠粉末(包括硅油粉末) 保持了作為有機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異性能, 同時由于其交聯程度可以控制, 可引入各種官能團, 因此可大大改變微粒的表面性能和其他的一些性能。與無機材料相比,硅橡膠粉末比重小、折光率可調。晨暉公司研制開發的硅橡膠粉末, 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劑、防結塊劑、各類油的載體、協效阻燃劑、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, 其優點有: 涂覆一次可使用幾十次到幾百次, 減少了材料費及人工費; 提高設備生產能力; 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。