海扬粉体知识锦囊丨塑料的透明改性

慧正资讯：深圳市海扬粉体科技有限公司是一家粉体填料高新技术企业，专注于高端粉体的深加工、改性活化、包覆处理，主要服务于涂料、油漆、塑料、化妆品、电子、油墨等国内外600多家高端客户。近日，海扬粉体就塑料的透明改性相关知识进行讲解，看看海扬粉体怎么说。

几种透明树脂

(1)PMMA

PMMA是一种优异的透明材料,透光率高达93%,其缺点为折射率稍小,表面硬度差,吸湿大,耐溶剂差,有双折射。PMMA不能用做高档光学材料。

(2)PC

PC透明性极好,透光率可达93%,耐热、耐冲击性优良,其折射率大于PMMA为1.586,属于较高的一种。其缺点为:硬度低,双折射稍大且高于PMMA和玻璃。PC制品表面涂耐磨层后,可用于高档光学材料。

(3)TPX

TPX属结晶性聚合物,但其结晶区与非结晶区没有折射率的差别,因而双折射小,透明性好,耐热,耐药品,吸湿低。缺点为硬度低,收缩率也比较大。

(4)CR-39

CR-39为一种最常用的高档光学材料,在美国用其制作的镜片已占整个镜片的一半以上。CR-39为双烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物,属热固性塑料,可浇铸成型。它的透光率高,硬度较好,耐冲击,耐热,双折射低,适于生产镜片。其主要缺点为耐磨差,折射率稍小。CR-39与高折射单体如二烯丙基邻苯二甲酸酯共聚后,其折射率可提高到1.546,CR-39表面经涂层后,可提高其耐磨性。

(5)J.D系列光学树脂

J.D系PES的衍生共聚物,其组成为双烯聚苯醚砜、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯;也属热固性树脂,可浇铸成型。J.D的折射率最大可达1.62,硬度最大可达到6H(洛氏硬度为332),其成本仅为PMMA的1/2,CR-39的1/6,是一种可与CR-39竞争的光学材料。

塑料透明改性原理

塑料的透明性大小与其制品的结晶度大小和结晶结构有关,因此通过控制制品的不同结晶形态结构,可以改善其透明性。

1.降低结晶度

塑料制品的结晶度越高,其制品的各向同性越大,其透明性越低。在具体成型工艺中,可通过控制成型温度等办法来降低其结晶度,如提高加工温度、降低模具温度,都可降低结晶度,从而提高制品的透明度。

2.控制结晶质量

相同结晶度的同一树脂,其结晶质量不同透明性也大不相同。能对透明度造成影响的结晶质量主要有:

(1)晶型

以PP为例,它有α、β、γ、δ和拟六方五种不同的晶型,其中β晶型和拟六方晶型的含量增多有利于提高制品的透明性。在具体成型工艺中,骤冷可产生较多的拟六方晶型,加入β晶型成核剂可获得高含量β晶型。

(2)球晶含量

球晶对制品的透明性影响很大,球晶含量越大制品的透明性越差。球晶的产生与冷却温度有关,在具体工艺中采用骤冷方式产生球晶的概率小。

(3)晶体尺寸

无论是球晶还是一般晶体,其结晶尺寸越小即晶粒越细,越有利于透明度的提高。在具体成型工艺中,低温加工、骤冷、拉伸和加入成核剂等都可降低晶体尺寸。

(4)晶体规整性

制品中晶体结构排列越规整越有利于透明性提高,在具体工艺中拉伸可提高制品的结晶规整性

塑料透明改性配方设计

塑料的透明改性是指在透明树脂中加入小分子物质,从而改善其透明性的方法。

1.添加成核剂

添加成核剂是增大透明树脂透光率最有效的一种方法。成核剂是一种可以促进结晶的小分子物质,它在树脂中可以起到晶核的作用,使原有的均相成核变成异相成核,增加结晶体系内晶核的数目,使微晶的数量增多,使球晶数目减少,从而使晶体尺寸变细,制品的透明性提高。

成核剂的种类很多,作为透明改性的成核剂,一般要选择透明成核剂,主要为α晶型成核剂和β晶型成核剂,其中以β晶型成核剂效果最好。

(1)α晶型成核剂

①山梨糖醇系:这类成核剂的成核效果好,缺点为高温下不稳定,易分解,并产生臭味,有压纹和发白现象产生,不适于食品包装用。主要品种有二苄叉山梨糖醇等。

②磷酸酯系:这类成核剂的成核效果不如山梨糖醇系,但耐热好,可耐400℃以上的温度,并且可用于食品包装。主要品种有芳香磷酸、磷酸酯及磷酸等。

③(取代)芳基羧酸盐类:由早期的苯甲酸、苯甲酸钠及乙二酸等传统品种演变而来。代表品种为对叔丁基苯甲酸羟基铝,成核效率不如山梨醇类和磷酸酯类,但成本低。

④脱氢松香酸皂类:1999年日本开发的一类新型PP树脂α晶成核剂,虽性能不如山梨醇类和磷酸酯类,但成本低,主要用于PP的增透改性。

(2)β晶型成核剂

主要品种有:喹吖啶酮(E3B)如聚苯胺黄,有机二元酸与IIA族金属的氧化物如庚二酸和硬脂酸钙类(IS-CXA、氢氧化物及其盐共混物系列,芳香族胺类化合物如TM系列、NU-100等。

可用添加成核剂办法改性的树脂为结晶性聚合物如PE,PP,PA及PET等。成核剂的加入量与透光率成抛物线变化,即开始随成核剂加入量增大透光率增大,达到最大透光率后,随成核剂加入量增大透光率反而下降。这主要是因为成核剂太多,降低结晶尺寸程度抵消不了结晶度增长的影响,反而使透光率下降。

PP为典型的结晶性聚合物,对成核剂的加入很敏感,可以广泛用于透明改性,具体介绍如下:

PP的结晶速率慢、晶核少、形成球晶的尺寸大(50-70μm),大于可见光波长390-760μm,入射光被反射,使透明性降低,要想增加其透明度,就要改善其结晶质量,具体办法如下:

(1)加入成核剂

①山梨醇类:山梨醇类是PP最好的透明度成核剂,它最大的特点为可溶解在PP熔体中形成均相溶液,并具有独特的网络成核机理,具体品种为Millad3905,Millad3940,Millad3988,具体性能比较见表8-2所示。

②有机磷酸酯类:增透效果不及山梨醇类,但耐热性好,分解温度高达400℃,气味小,可用于食品中,缺点为分散性差、价格高,主要为日本旭化成的MarkNA-10,MarkNA-11,MakNA-12

③上述各类成核剂加入量:无机类0.01%以下,山梨醇类0.1%~0.3%,磷酸酯类0.01-3%。

(2)加入高熔点聚合物

PP中可以加入如PA.POM等树脂,但因相容性差,需加入相容剂。如在PP中加入2%PA6和3%PP\-g-MAH,透明度达90%。此外,PET、PA和PLA也能用成核剂改进其透明性。

2.添加抗雾剂

添加抗雾剂可消除透明材料因温差引起的凝水现象,从而提高其透明度。抗雾剂主要为一些表面活性剂。

3.共混其他透明塑料

在透明树脂中混入其他树脂,从而达到提高透明性目的。其原理同成核剂相似,共混物起到一种异相成核的作用,从而降低结晶的尺寸。下面举几个塑料透明改性配方设计实例如下:

(1)PP共混PA6透明配方

PP:95%;马来酸改性

PP:3%;PA6:2%。

此配方透光率可达90%,雾度达3%,外观光泽度高。

(2)PS共混丁二烯/苯乙烯共聚物透明配方

PS:50.04%;丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物:49.96%。

此配方的透光率可达95%。

(3)透明PP配方

PP:99%;抗氧剂215;0.5%;二(对-甲基亚苄基)山梨糖醇:0.5%。

此配方透光率可达40%,雾度达37%。

(4)LDPE:100份;透明成核剂:8份;EVA:60份。