作为添加剂的颗粒状有机硅树脂在热塑性塑料中的应用

! 有机硅基塑料添加剂 将有机硅材料用于塑料业始于 "# 世纪 $# 年 代初! 最初"硅油是作为内部润滑剂以及脱模剂用 于聚烯烃注射成型! 由于它们与聚烯烃之间的不 相容性"低分子量的液态有机硅会迁移至表面"并 铺展开%这极大地限制了该类硅油的应用"如#当塑 料需要被印刷$上漆或接触食品时! 如果使用超高分子量&’()*+聚二甲基硅氧烷 来代替普通低粘度或中等粘度的硅油" 那么这些 问题便能够得到解决! 这些被称作硅树脂的产品 有超过 !#)",- 的粘度" 使它们无法移动富集于表 面! 然而"由于无法进行定量给料"使得它们难以 在塑料的连续混合加工中使用! 近年来" 一种以有机聚合物为载体的高含量 有机硅母料新型产品系列开始投入使用" 它结合 了超高分子量聚二甲基硅氧烷和固体颗粒易于定 量添加的优点" 是一种以有机聚合物为载体的高 有机硅含量母料%可用作加工助剂! 这种加工助剂的主要性能有# %改善加工性和流动性. %消除熔体破裂. %减少模头积聚物. %降低挤出机扭矩"提高生产能力. %更好地充模和脱模. %改进表面的光滑性及光泽性. %不会对聚合物的机械性能等产生不良影响! 通常加入 #/!01! 0的聚二甲基硅氧烷添加 剂便能改善加工性能" 若要对表面及机械性能产 生正面影响"!012 0的用量是必要的! 瓦克有机硅公司近来开发了一种全新的产 品&3456789:;>=? ;! 它是一种超高分子 量有机硅树脂"为白色半透明状圆柱形颗粒’见图 !("在连续加工时能完全地融入到产品中! 作为添加剂的颗粒状有机硅树脂 在热塑性塑料中的应用 @’AB>C DEF=G HIJ(E=> 3=JK 7>IL=G M’(G)ENN ’瓦克专用化学品股份有限公司" 德国" 布格豪森( 摘 要 描述了一种以超高分子量&’()*+的聚二甲基硅氧烷&8OH;+为基料的新型$多功能固体有机 硅添加剂"着重描述了这些新型颗粒状有机硅树脂作为添加剂应用于热塑性塑料挤出! 通过实例说明了 颗粒状有机硅树脂能非常有效地改善热塑性塑料的加工性和流动性"尤其适用于充填的聚烯烃混合物! 此外"它们能进一步提高冲击强度和抗张强度等机械性能"并且对于改善表面光滑性和抗磨损性也十分 有效! 关键词 有机硅添加剂 热塑性塑料 收稿日期# "##PQ!!Q!! 图 ! 3456789:;>=? ; 开发与应用 "##P年第 R 期’总第 PS 期( 塑料助剂 "$ 除了突出的使用功效!!"#$%&’()*! &+,,+- )与几乎所有的现有热塑性聚合物相容"这就意味 着相比于上述的有机硅母料! 这种产品可适用于 几乎所有的塑料聚合物.并能简化工艺流程!降低 出错概率" !"#$%&’()*! &+,,+- ) 是将高含量的超高 分子量聚二甲基硅氧烷负载于二氧化硅载体上! 而该载体不会影响聚合物本身性能和加工性能" 这种产品可以定量地加入到塑料聚合物中! 或与 树脂进行干混" / 实验部分 012 原料 原料#热塑性塑料和填料$% 3 低密度聚乙烯!’456,+7 0809 : ;<()"’’=& > 高密度聚乙烯!’456,+7 ?9@2’ ;<()"’’=& > 聚丙烯!A65,+7 8?B: ;<()"’’=& > 乙烯!乙酸乙烯共聚物!"CD6E+7+ F’ 9922G ;"HH%#=& 3 (*:. AIE-J7I, %’3298 ;(’<"A(K’"=& 3 AL:. AIM7JNJ7 :? AO ;(’<"A(K’"=& 3 碳酸钙 AJ,,JDIEP %! ;%AQ(=& 3 云母!(29H R ;’FS"#(R=" 010 混合材料的制备 制备混合材料时! 颗粒状塑料原料或颗粒状 聚硅氧烷必须按所需比例混合! 然后由共转式双 螺杆挤出机进行挤出成型;S" 0?T <+EC-6ENN=" 挤出 参数如下% 3 长径比U @@& 3 螺杆转速%899 EVWJ7& 3 挤出量%29 XMVYZ 3 喷嘴口温度% 低密度聚乙烯V高密度聚乙烯 为 2G9"R!聚丙烯为 009 "R" 用于热塑性塑料的颗粒状有机硅树脂用量从 910[\?[不等" 加工前!颗粒状有机硅树脂与热塑 性塑料进行干混" 此外!这种颗粒状有机硅树脂可 由带有特殊加料螺杆的侧向加料口定量加入" 01@ 测试方法 混合物的主要机械性能及表面特性由下列方 法进行测试% 3根据 "# $)% 22@@ 标准!使用 !6+--N+E- 熔体 流动速率测试仪对 A]K;熔体流动速率=进行测量" 3使用单螺杆挤出机;"A"H3@9. 09 L=进行扭 矩性能测试" 模拟 299#装载量!螺杆转速为 @9 EVWJ7" 扭矩性能是一种在标准状态下进行加工的 平均能源消耗量" 较低的扭矩意味着较低的动力 消耗" 3根据 "# $)% ?0^ 标准! 进行断裂伸长率的 测量!确定抗张强度" 3根据 "# $)% 2^G 标准!以 RYIE5_ 切口冲击 强度测试法来测定冲击性能" 3根据 L$# ?@^?8 标准 ! 使用 "K$R:)"# *IP+E ?2@2 研磨器来测试表面的耐磨损性! 通过 测定表面的重量损失来确定磨损量" @ 结果讨论 @12 扭矩 通过测量扭矩来评价 !"#$%&’()*! &+,,+- )在降低内部和外部摩擦上的润滑效果" 如图 0 所示!在没有添加剂的情况下!单螺杆 挤出机在指定条件下进行低密度聚乙烯挤出时的 最大能源消耗量为 B9$" 然而!只需添加 918[的 !"#$%&’()*!&+,,+- ) 便能将扭矩降至约 ?9[" 一种引人关注却在意料之中的现象是颗粒状树脂 比 ?9$含量的母料具有了更好的效果" 这一结果并不出乎人们的意料! 这是因为与 母料相比!!"#$%&’()*! &+,,+- ) 具有更高的有 机硅含量!同时!引人关注是因为以二氧化硅基为 载体的颗粒状树脂不会产生任何负面影响" 同样!!"#$%&’()*! &+,,+- ) 用于 RIR%@ 填 充聚丙烯时具有非常有效的润滑效果! 这显然是 由于不用添加剂加工有填料的树脂时的动力消耗 要远远高于加工没有填料的树脂’见图 @$" 同时! 在 (*:’氢氧化铝$的高装填量体系的聚乙烯挤出 图 0 低密度聚乙烯挤出时的扭矩降低示图 最 大 扭 矩 V[ 添加剂V[ 塑料助剂 0998年第 B 期’总第 8‘ 期$0‘ 中!!"#$%&’()*! &+,,+- ) 则显示出了一定的功 效!但并不显著" ./0 熔体粘度 对于高装填量和极高分子量的聚烯烃材料而 言!低熔体粘度可以提高挤出能力!以避免过高的 压力积累而在挤出时发生熔体破裂等副作用" 如图 1 中所示!无论是经填充的聚丙烯#阻燃 "2($乙烯!乙酸乙烯共聚物%抑或是含 (*3 的聚 乙烯! 只需加入 4/56的 !"#$%&’()*! &+,,+- ) 便能使 789 提高 54"以上" 特别是聚丙烯!添加 剂含量越高$例如 :"%则相对有更低的熔体粘度" 这对缩短注塑成型的加工周期起着至关重要的作 用" ./. 冲击性能 为了评估 !"#$%&’()*! &+,,+- ) 对于聚烯 烃机械性能所产生的影响! 笔者对经 ;<;%.填充 的低密度聚乙烯#高密度聚乙烯和聚丙烯$每组填 料量各为 14"%! 在没有添加剂#:"添加剂和 =6 添加剂情况下! 分别测量 ;>方案