添加剂与树脂的相容性.docx
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添加剂与树脂的相容性
相似相容原理：
一、溶解度参数相近原则：
添加剂与树脂的溶解度参数相差在0.5以下视为两者相容。
此原则只适用于非极性和非结晶组分之间，除此之外准确性差。
二、极性相近原则：
极性添加剂-极性树脂、非极性添加剂-非极性树脂之间相容性较好，如PVC/EVA、PVC/NBR、PP/EPDM共混增韧效果良好。
三、结构相近原则：
如PS中含有苯环，如果选择与之共混的树脂同样含有苯环的话如PPO、ABS、AS、PPS等都有较好的相容性。
四、结晶性相近原则：
即结晶能力相近原则，非晶-非晶之间的相容性最好，晶态-晶态之间相容性一般，典型的非晶-非晶组合有PVC/NBR、PVC/EVA、PS/PPO等。
五、表面张力相近原则：
如PP/EPDM。
六、黏度相近原则：
提高添加剂与树脂相容性的方法：
一、无机添加剂与树脂相容性的方法：
无机添加剂具有亲水性，而有机树脂具有疏水性，两者之间的相容性较差，必须对无机添加剂进行表面处理。
A：
偶联剂处理：
偶联剂内含有亲水基团和亲油基团，可以在无机添加剂和有机树脂之间起一个桥梁的作用。
常用的偶联剂有：
（1）硅烷偶联剂，主要品种有A150、A151、A171、A172等，使用时常用水、醇或丙酮做溶剂，配成0.5-2%浓度的液体。
主要用于含二氧化硅或硅酸盐成分多的一类填料，如玻璃纤维、白炭黑、石英粉等，用量为1%左右。
（2）钛酸酯类偶联剂，主要品种有NDZ-101、OL-T99、NDZ-TTS等，主要用于碳酸钙、滑石粉、三氧化二锑、氢氧化铝、氢氧化镁、高岭土、炭黑等，用量为0.25-2%。
（3）其他还有铝酸酯类、铝钛复合类、锆类及有机铬类偶联剂。
B：
表面活性剂处理：
表面活性剂可分为非离子型、阴离子型、阳离子型和两性离子型四类。
C：
高分子处理剂：
分为非相容剂和相容剂两种；非相容剂主要包括：
低聚物如无规PP、聚乙烯蜡、羧化聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、聚α-甲基苯乙烯、线形PF、线形EP、VLDPE及ULDPE等。
相容剂有PP-g-MAH、EPDM-g-MA、EVA-g-MA、及SBS-g-MA等。
D：
其他材料处理：
（1）酸碱液处理
（2）单体处理
（3）稀土处理
（4）等离子体处理
二、有机添加剂与树脂相容性的提高方法：
有机添加剂本身与树脂的相容性较好，有时不需要加入其它材料，尤其是对小分子有机添加剂或大分子添加的加入量较少时，一般可直接加入。
但有些高分子共混材料与树脂的相容性不好或加入量太大，需加入相容剂，以改善其相容性。
相容性为分子内同时含有两类不同性质基团的聚合物。
主要品种有：
CPE（或CM为氯化聚乙烯）、SEBS、SBS、EPR（乙丙橡胶）、EPDM、PP-g-MAH、PE-g-MAH、EEA（乙烯—丙烯酸乙酯共聚物）、EVA（乙烯—醋酸乙烯共聚物）及EAA（乙烯—丙烯酸共聚物）等。
不同相容剂对不同共混体系的效果不同。
如CPE可用于PVC/PP共混、SEBS可用于PS/PPO共混、EPDM可用于PVC/LDPE共混、EAA可用于HDPE/PA共混等。
塑料配方中各组分的加工性：
一、添加剂对加工流动性的影响
1.无机添加剂的影响
大部分无机添加剂对复合材料的加工流动性都会有负面影响，即降低加工流动性能。
无机添加剂对复合材料加工流动性的影响程度，在不同剪切速率下不尽相同。
在低剪切速率下，对粘度的影响比较明显；而在高剪切速率下，这种影响要小得多。
为弥补无机添加剂对复合材料造成的影响，在具体生产中往往采取如下几种措施：
A：
在无机添加配方中，一般需要加入适当的润滑剂，以补偿加工流动性的损失。
B：
尽可能提高螺杆转速和加工温度，使较高的粘度降低。
C：
对无机添加剂进行表面处理，如用偶联剂、硬脂酸等油性材料包覆，以促进添加剂在配方中的分散，使熔体粘度降低。
D：
尽可能降低无机添加剂的粒度，以提高复合材料的分散均匀性。
2.有机添加剂的影响
几乎所有有机添加剂对复合材料的加工流动性都有正面影响，即提高其加工流动性。
二、添加剂的加工热分解性
1.无机添加剂
几乎所有的无机添加剂都有较高的热分解性，在适当的加工温度范围内，可有效保持原有物性，以发挥其改性功能。
只有少数几种无机添加剂因热分解温度较低，在加工中会发生分解。
在普通塑料配方中，需要防止无机添加剂的分解。
如在配方中添加Al（OH）3阻燃剂，因其受热失水温度仅为210-320度，因此对加工温度超过200度的树脂，不宜加入Al（OH）3作为阻燃剂；否则，Al（OH）3失水过多，会极大地影响阻燃效果；因此作为阻燃剂的Al（OH）3只能低加工温度的PE、PP、EVA、PVC及热固性塑料配方中。
而同为阻燃剂的Mg（OH）2，因其受热失水温度高达340度以上，几乎可在所有塑料中应用。
对有些无机添加剂，又要求无机添加剂在加工中分解，才能发挥其改性效果。
例如，在含有发泡剂的配方中，只有在加入的无机发泡剂分解后产生气体，才能制成泡沫塑料。
常用的无机发泡剂有：
NaHCO3的分解温度为60-150度，（NH4）2CO3的分解温度为40-120度，NH4HCO3的分解温度为36-60度，NaBH4的分解温度为400度。
2.有机添加剂
与无机添加剂相反，有机添加剂的蒸发和分解温度都比较低，在熔融加工应引起注意。
添加剂对塑料性能的影响
每种特定的树脂品种具有自己独有的性能，如PS的透明性好、POM的耐磨性好等。
但在树脂中加入特定的添加剂后，往往能赋予树脂以新的性能；如在树脂中加入卤化物和三氧化二锑可使树脂的耐火性提高，加入二硫化钼可使树脂的耐磨性提高。
添加剂对树脂性能的影响是多方面的，对性能的改善幅度往往很大，甚至彻底改变了原树脂的性能。
下面选几个主要方面详细介绍。
一、添加剂对拉伸强度的影响
不同添加剂品种对树脂拉伸强度的影响不同，有的添加剂使树脂的拉伸强度下降，而有的添加剂又会使树脂的拉伸强度明显提高。
下面对几种可使树脂拉伸强度提高的添加剂品种加以介绍：
1.各类纤维
常用的增强纤维品种有：
玻璃纤维、石棉纤维、碳纤维、金属纤维、晶须、硼纤维及有机纤维等。
这是最常用的一类增强材料，它可使树脂的拉伸强度大幅度提高。
纤维增强几乎对所有树脂都有效果，如常见的玻璃纤维增强PP、PC、PBT、PET等。
A：
无机纤维类
石棉纤维是一种早期增强材料，因环境污染问题，已逐渐被淘汰。
玻璃纤维是目前最常用的增强材料，它增强效果好、来源广泛、价格低廉。
其他无机纤维有：
晶须、硼纤维、金属纤维、石英纤维、陶瓷纤维、碳芯纤维、不锈钢纤维、钛酸钙纤维、碳硅纤维、钨丝化碳纤维及二硼化钛纤维等，此类纤维虽增强效果好，但因价格太高而影响其应用。
B：
有机纤维类
这是一类新型增强纤维，其优点为相对密度小、与树脂的相容性好，缺点为价格高。
目前最常使用的品种为碳纤维，其他品种有芳香族聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、脂肪族聚酰胺纤维、聚酯纤维、聚乙烯醇纤维等。
常见纤维的性能
品种
石棉纤维
玻璃纤维
碳纤维
氧化铝晶须
硼纤维
钢纤维
尼龙纤维
芳香族聚酰胺纤维
相对密度
3.0
2.55
1.8
3.9
2.63
2.63
1.44
1.44
拉伸强度/MPa
3800
1500-3000
2100
3450-6500
3200-4000
2000
1020
2800
2.纤维状添加剂
纤维状添加剂可使树脂的拉伸强度小幅度增强，其效果远不如增强纤维，但因其具有价格低的优点而获得应用。
代表性的纤维状添加剂有硅灰石和石膏等。
3.纳米添加剂
常规粒度添加剂除本节1、2、4介绍的几种外，都会使复合材料的强度下降。
但同样是一种添加剂，当其粒度下降到纳米级时添加，复合材料的强度不但不下降，反而会有不同程度升高。
由于加工成本高，纳米材料的价格较高，目前应用面不广。
已获得应用的纳米材料主要有粘土和蒙脱土等少数几种。
4.稀土及碱金属盐添加剂
这是一类新型增强材料，其突出特点为用量很小时，复合材料的拉伸强度和冲击强度同时明显提高，对材料的其他性能影响不大。
二、添加剂对韧性的影响
大部分无机添加剂都会使复合材料的韧性下降，目前只开发出少数无机添加剂可使复合材料的韧性有所提高。
大部分弹性体类有机材料都会使复合材料的韧性明显提高。
按增韧添加剂本身刚性大小，可将其分为弹性体类增韧材料和刚性增韧材料两类。
1.弹性体增韧材料
这是一类最常用增韧材料。
其优点为增韧效果明显；缺点为在增韧的同时，使复合材料的刚性明显下降，正可谓“顾此失彼”。
目前常使用的弹性体类增韧材料有：
CPE、POE（聚乙烯—辛烯共聚弹性体）、EPDM、EPR、SBS、ACR（丙烯酸酯类共聚物）、NBR、MBS（甲基丙烯酸甲酯—丁二烯—苯乙烯三元共聚物）、EVA等。
其中，PP常用POE、EPDM、EPR、EVA等；PVC常用CPE、ACR、EVA、NBR、MBS等；PS常用SBS、NBR、MBS等。
在弹性体类增韧材料复合材料中，为弥补增韧导致的刚性下降，常加入少量刚性无机添加剂以补偿。
2.刚性增韧材料
刚性增韧材料是一类新型增韧材料，其优点为在增加复合材料的韧性同时，刚性也同时提高，正可谓“两全其美”。
刚性增韧材料又可分为无机和有机两类。
A：
无机刚性增韧材料
主要品种为：
纳米材料、碱土金属盐、稀土矿物、中空类材料如玻璃微珠等。
其特点为可单独使用，加入量少。
B：
有机刚性增韧材料
主要品种有：
PS、PMMA、PP、SAN（苯乙烯—丙烯腈共聚物）、MMA/S等。
其中以MMA/S效果最好，PMMA次之，其他稍差。
有机刚性增韧材料的特点为不能单独使用，必须与有机弹性体增韧材料协同使用，才能发挥增韧效果。
常用的刚性协同增韧体系有：
PVC/CPE/PS、PVC/CPE/（MMA/S）、PA/PP-g-MAH/PP等。
三、添加剂对阻燃性的影响
几乎所有无机添加剂都会提高复合材料的阻燃性能；而有机添加剂只有少部分有阻燃功能，大部分不但没有，反而会助燃。
1.无机阻燃材料
目前常用品种有以下几种：
A：
Sb2O3；必须与有机阻燃材料协同使用。
B：
Mg（OH）2和Al（OH）3；可分别单独使用，但加入量大，往往与树脂用量相当。
C：
无机磷类；常用红磷及磷酸盐，纯红磷在使用前最好经过微囊化处理，可单用或并用，磷酸盐有磷酸铵、聚磷酸铵等。
D：
硼类阻燃材料；常用水合硼酸锌，一般与其他阻燃材料协同使用。
E：
其他金属化合物；如金属钼化物、金属铁化物等，主要用于消烟。
F：
金属卤化物；如各类卤化锑类。
2.有机阻燃材料
目前常用品种有以下几种：
A：
有机卤化物；主要为溴化物，常用的有：
十溴联苯醚（DBDPO）、四溴双酚A（TBBPA）、溴化聚苯乙烯（BPS）等。
氯化物只有氯化石蜡和氯化聚乙烯获得应有。
卤化物常与Sb2O3或磷化物协同使用。
B：
有机磷化物；可分为无卤磷和卤代磷两类，无卤磷主要为磷酸酯类如三苯基磷酸酯（TPP）、双磷酸季戊四醇蜜铵盐（MPP）等，无卤磷需与卤化物协同加入；卤代磷的分子内同时含有磷和卤两种元素，具有分子内协同作用，因而可单独使用，常用品种如三（氯乙基）磷酸酯（TCEP）等。
C：
氮类；主要品种有三聚氰胺、三聚氰胺氰尿酸酯等，常用于PA与PU中，并与磷类阻燃剂协同使用。
四、添加剂对导电性的影响
能显著提高塑料导电性能的添加剂材料包括碳类材料、金属材料及导电树脂3类，并以碳类材料中的炭黑最为常用。
1.碳类导电材料
包括炭黑、石墨、碳纤维三种。
A：
炭黑；是一种应用最广泛的导电材料，一般可使复合材料的体积电阻率下降到100Ω•cm，不足之处是炭黑本身为黑色，只能制成深色制品。
炭黑的品种很多，可用于导电的炭黑主要为乙炔炭黑和超导炉黑，经过钛酸酯处理或1500度高温处理后的炭黑，导电效果更好。
B：
石墨；导电效果不如炭黑，它可使复合材料的体积电阻率下降到102Ω•cm左右，同炭黑一样，石墨添加的塑料制品也只能制成深色。
C：
碳纤维；导电效果一般，一般只可使复合材料的体积电阻率下降到102Ω•cm左右。
2.金属导电材料
金属材料为一类高效导电材料，它可使复合材料的体积电阻率下降到10-2Ω•cm级别，金属材料的缺点：
一为价格太高，二为加入量太大，三为使复合材料的相对密度迅速增加。
常用的金属材料如下：
A：
金属粉末；主要为导电性好的Ag、Cu、Ai及Ni等金属。
B：
金属纤维；主要为黄铜纤维、铝纤维、不锈钢纤维及合金纤维等。
C：
金属氧化物；主要为氧化铁、氧化锡及氧化铜等。
D：
金属涂层材料；主要为在碳纤维、云母及玻璃纤维等轻质材料上涂覆金属材料，如镀镍碳纤维和镀镍云母等，其优点为可降低导电材料的密度。
3.导电树脂
主要为聚苯胺、聚对亚苯基乙炔、聚噻吩及聚吡咯等。
五、添加剂对耐磨性的影响
1.无机耐磨材料
几乎所有的无机添加剂材料都可不同程度地提高复合材料的耐磨性，但提高耐磨性效果较好的有：
石墨、二硫化钼、锡青铜粉、青铜粉、巴氏合金、铜粉、高锡合金及碳纤维等。
2.有机耐磨材料
主要品种有：
聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、硅油、润滑油及机械油等，有机耐磨材料在改性复合材料耐磨性的同时，更主要是降低其摩擦系数。
六、添加剂对其他性能的影响
1.添加剂对色泽的影响
如果添加剂本身的颜色较深，就会影响到复合材料的颜色，只能制成深色制品。
本身颜色较深的添加剂有：
炭黑、石墨、红泥、粉煤灰及二硫化钼等。
2.添加剂对透明性的影响
A：
添加剂的折射率与树脂接近时，不会影响复合材料的透明性。
B：
添加剂的粒度越小，对透明性的影响越小。
C：
添加剂中的杂质含量越小，对透明性的影响越小。
3.添加剂对光泽的影响
几乎所有的无机添加剂都会使复合才来哦的光泽下降，尤其是白炭黑对光泽的影响最大，是最常用的消光材料，只有金属粉末如金粉、银粉等无机添加剂，不仅不使光泽下降，反而会提高光泽。
大部分有机添加剂都会使复合材料的光泽度有不同程度提高，尤其以外润滑效果好的润滑剂效果最佳，具体有液体石蜡、聚乙烯蜡、双硬脂酰胺、乙基双硬脂酰胺（EBS）及硅油等。
4.添加剂对绝缘性的影响
能提高复合材料绝缘性的添加剂材料有：
煅烧陶土、云母、氢氧化铝、石棉等。
例如，在PVC中加入10%的煅烧陶土，可使材料的介电强度提高5-10倍；再如，在PP中加入5%的云母，可使材料的介电强度提高10倍。
5.添加剂对磁性的影响
有两类添加剂对复合材料的磁性有明显影响：
A：
铁氧体类；其磁性效果一般，但因价格低应用最广泛，可制成各种同向和各向异性两类磁性材料。
铁氧体具体可分为钡铁氧体（BaO·6Fe2O3）和锶铁氧体（SrO·6Fe2O3）两类。
B：
稀土类；其磁性效果好，但因价格高而限制其用途。
具体可分为1对5型（SmCo5）和2对7型[Sm2（Co、Te、Cu、Zr、Ti、Hf、Ni、Mn、Nb）17]两类。
6.添加剂对导热性的影响
可明显提高复合材料导热性的材料有：
铅、铝、青铜粉、炭黑、石墨、碳纤维及铝纤维等。
7.添加剂对隔热性的影响
最有效的方法为在树脂中添加发泡剂，它可大幅度提高复合材料的隔热性能。
除此之外，添加中空玻璃微球、硅灰石中空微球、石英中空微球及硅藻土等材料也可不同程度地提高隔热性能。
8.添加剂对防震性的影响
同隔热一样，添加发泡剂制成泡沫塑料可大幅度提高防震性能，可用于包装材料、体育器材及家具等方面。
除此之外，添加硫酸钡、铅粉、石墨、钛酸钾及碳纤维等，也可提高复合材料的防震性能。
9.添加剂对隔音性的影响
同隔热和防震一样，泡沫塑料是最好的隔音材料，目前已成功地应用于建筑隔墙板材上。
出泡沫塑料外，添加硫酸钡、铅粉、铁粉、硅藻土和硫酸钾等可不同程度改善复合材料的隔音性能。
10.添加剂对阻隔性的影响
下列两类添加材料可明显提高复合材料的阻隔性能：
A：
片状填料；主要有：
云母、白垩、蒙脱土及活性白土等。
B：
超细填料；主要有：
纳米粘土、超细石英和二氧化硅等。
11.添加剂对防辐射性的影响
下列两种添加材料可有效提高复合材料的防辐射性能：
A：
半衰期小的金属粉末；最常用的为铅粉，半衰期仅为0.012。
其他还有：
铟、铋、锡、镧及镉等。
可有效防止β、γ和中子射线。
B：
特殊填料；硫酸钡最常用，可有效防止α和γ等射线，其他还有：
炭化铅、无水硼酸、碳酸锂、酚类抗氧剂及四氯化碳等。
本身具有优异防辐射性能的树脂有：
LCP（Xydar）、PVDF、PI、PPS、PEK、PEEK、PSF及UHMWPE等。
加料顺序：
配方中各组分在混合过程中的加入顺序不同，可获得不同的混合效果。
A：
润滑剂一般要后加入，以防止加入后降低物料之间的摩擦力，影响混合效果。
B：
对于吸油性大的无机填料，在配方中有液体组分时，应尽可能后加入，以防被无关组分吸收。
如在软质PVC配方中，有DOP和CaCO3时，由于CaCO3的吸油性较大，应在PVC和DOP充分混合后加入。
C：
对于易分解的热敏性添加剂，应最后加入，以防在高温下停留时间过长，导致分解。
添加促分散剂：
分散剂可促进配方中各组分的分散效果，防止各添加剂之间结成小块。
常用的分散剂有：
低分子PE、低分子PP、低分子PS、液体石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和硬脂酸等。
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