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塑料聚合物中添加劑的損失

發(fā)布時(shí)間:2019-09-10 09-10 11:11 作者:康阜新材料

聚合物中添加劑的損失??


如果添加劑在聚合物中的濃度低于飽和濃度,并且材料只是暴露在空氣中,則添加劑只會(huì )因表面蒸發(fā)而損失。但如聚合物中的添加劑過(guò)飽和或者材料和溶劑接觸,則添加劑還會(huì )通過(guò)表面析出或浸出而損失。??


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3.1?添加劑的表面逸出?當添加劑在材料表面逸出后,將形成濃度梯度,于是添加劑將沿濃度梯度方向擴散,即從材料體向表面擴散。且在材料使用期內,添加劑的揮發(fā)都會(huì )發(fā)生。上述類(lèi)型的損耗包括擴散及揮發(fā)兩步。添加劑從材料表面逸出的速率與添加劑在材料表面的蒸氣壓成正比,而添加劑在材料主體中的遷移速率則為擴散系數D控制。??從聚合物中損耗一定量添加劑的時(shí)間取決于添加劑的溶解度、擴散度和擴散系數,且與試樣形狀及尺寸有關(guān)。揮發(fā)迅速而擴散緩慢者,擴散控制損耗;揮發(fā)緩慢而擴散迅速者,揮發(fā)控制損耗。??


3.2?添加劑的溶劑漫出和滲出?常用添加劑的蒸氣壓一般很低,即空氣是添加劑極差的溶劑,而幾乎所有有機液體都是添加劑較好的溶劑,即使水也比空氣好。因此,當含添加劑的聚合物與液體接觸時(shí),液體將成為添加劑的溶劑,即添加劑將從聚合物表面進(jìn)人溶劑而損失,其損失速率則可能比空氣中高得多。??


添加劑向溶解性能好的溶劑中浸出為擴散控制過(guò)程,但如溶劑對添加劑的溶解性較差,也沒(méi)有充分攪拌,則情況較為復雜。因為液體的粘度比空氣高得多,液體/聚合物之間的界面層比空氣/聚合物間的界面層也要厚得多,所以添加劑在液體中的擴散不快。如添加劑在液體中的溶解性較差,則它在液體中的擴散損失會(huì )比從擴散系數預測的小得多,且損失量由液體的擴散速率決定。


相反,如果所接觸的液體是添加劑的良溶劑,且此溶劑滲入聚合物中,這可導致擴散系數提高,從而加速損耗。有時(shí),液體向聚合物中的滲透速率可能是決定添加劑損失速率的關(guān)鍵因素。??如聚合物表面可無(wú)限制成核結晶,則過(guò)飽和的添加劑很快在表面上析出,且析出速率為擴散控制。一旦聚合物中的添加劑達到飽和濃度,揮發(fā)將變?yōu)闈B出,盡管擴散仍舊是速控步驟。??


3.3?降低添加劑損耗的途徑?

對一些不溶性的相分離粒子添加劑,在材料中的遷移速度很慢,損耗率很低。對聚合的或低聚合的添加劑,無(wú)論它們是單相或均相,只要它們有足夠的化學(xué)穩定性,其遷移損失率就相當緩慢。對損耗相當嚴重的添加劑,最好的辦法就是通過(guò)分子設計以使其揮發(fā)、起霜或滲出損失減至最少。優(yōu)良的添加劑應在聚合物中可溶,且不會(huì )在聚合物表面析出遂揮發(fā)。??


添加劑在聚合物中的損失機理和損失速率與添加劑結構之間的關(guān)系,是一個(gè)引人人勝的課題。低聚結構能大幅降低其揮發(fā)性,且擴散系數也有所降低,面損失機理并不發(fā)生根本的變化。但低聚物在聚合物中的溶解度下降,這則不利于降低添加劑的損耗。不過(guò),使添加劑低聚仍然是減少揮發(fā)或析出損失的一種很有效的方法。將長(cháng)鏈烷基引入小分子中也會(huì )降低化合物的揮發(fā)性,且這種效果會(huì )因溶解度的增加而加強,但烷基對擴散系數的影響非常小。這種方法也是減少添加劑揮發(fā)損失的一個(gè)好辦法,不過(guò)對起霜和析出的改善效果很小。?


?減少或消除添加劑損耗的另一個(gè)根本的途徑就是使添加劑和聚合物進(jìn)行共價(jià)結合,從而使添加劑成為聚合物的一部分。在聚合時(shí)將添加劑與聚合物單體進(jìn)行共聚的工藝雖然為人青睞,但必須采用不同的合成方法,所以在實(shí)際應用中還受到限制。不過(guò),現在已開(kāi)發(fā)了一些在聚合物加工過(guò)程中將添加劑化學(xué)結合入聚合物的較方便方法――反應性擠出。?





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