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内润滑剂的结构与作用机理
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  内润滑剂的结构:有一个极性较强的基团,保证被极性树脂(如聚氯乙烯)的极性结点所吸附,形成络合键;分子中还必须有一个或两个非极性的长链烷基,使润滑剂与极性树脂因相容性较小而构成两相界面,即形成局部润湿薄膜,从而减弱极性树脂微粒间及分子内链段间的作用力,即减少树脂微粒间及分子内链段之间的摩擦力,从而起到内润滑作用。
  内润滑剂的作用机理:高分子化合物链段要发生位移必须具备两个前提:主要有克服分子链段间的相互作用力、摩擦力的动力,其次是要有大于位移链段的空隙,以减少阻力。聚氯乙烯树脂是多层结构,在各层微粒间及分子间、分子链段之间有许多空隙,但在温度较低时这些空隙的体积太小还容纳不了聚氯乙烯位移链段,这时还不易发生链段位移,即高分子材料还不能流动,所以加入适当的内润滑剂,可以促进树脂的塑化流动。
  硬质聚氯乙烯混合料在高速搅拌混合时,树脂的宏观颗粒被粉碎、细化成初级粒子附聚物或初级粒子,此时粉尘很大、很多的初级粒子孔隙中,即所谓区域结构及大部分凝聚体内的链段间,被更细小的粒子空隙所构成的毛细管所吸附。
  由于干混工序后期温度温度较高,在120℃左右,所以上述过程中只能存在大量化学吸附及不得物理吸附,化学吸附键能较高,不易被热能破坏。树脂分子团各部分的相互作用力不尽相同,大多数地方的相互作用力或吸引力较小,而有些结点处的相互作用力比较大。从化学结构观点分析,相互作用力比较大的结点处,一定是极性较大的部分,如叔碳原子,烯丙基氯的碳原子及之相连的氯原子等。内润滑剂必须插入聚氯乙烯各层粒子之间以及分子内的链段之间,才能起到内润滑作用,这就要求内润滑剂的化学结构中必须具有极基团龄各行其是链烷基的非极性部分组成的化合物。在树脂塑前,润滑剂的极性部分与树脂的极性结点的亲和力较强,被化学吸附,形成络合键,处于动态平衡的结合,从而减弱了树脂链段之间的作用力即摩擦力。在热及剪切力的作用下,使树脂相互缠绕的链段易于扩散,分子团之间的界线趋于模糊不清,从而促进了塑化,也就是缩短了塑化时间。在塑化之后,润滑剂的极基团减弱了熔体内分子间及分子链段之间的相互吸引力,使树脂熔体易于流动,从而降低了塑化扭短,降低了熔体黏度,直到了内润滑作用。以上是内润滑剂以化学络合键的方式直到了内润滑的作用。而润滑剂的长链烷基的碳原子数在12以上,与极性树脂如聚氯乙烯的极相差较大,因而相容性也较差,相互亲和力较小,构成了不相容的润滑界面,有效地减少了树脂微粒或熔化了的树脂分子团以及分子链段之间的作用力即摩擦力,从而加强了内润滑作用。
  分子间作用力与距离的平方成反比,而且其作用的距离很短,只有零点零几纳米,超出这个距离分子间就没有相互作用力了。由于润滑剂的长链烷基的存在,撑大了树脂分子链段之间的距离,因而内润滑剂的烷基能有效地降低树脂链段间的作用力即摩擦力,促进了链段的移动。从而促进了塑化并降低了塑化扭矩。塑化扭矩是熔体黏度的一个重要标志,也就是降低了熔体黏度,增加了熔体的流动性。
  润滑剂的极性即分子间作用力、熔点、黏度三考相比较,极性是关键因素。如石蜡的熔点、熔体黏度均不高,但石蜡几乎没有极性的烷基化合物,虽然能润湿聚氯乙烯树脂,却只能被聚氯乙烯微粒物理吸附,不能形成化学吸附;而化学吸附由于能形成络合键,在较高的加工温度的条件下仍然能动态平衡地被硬质聚氯乙烯的初级粒子所吸附。在干混料操作过程中,石蜡等非极性润滑剂只能润湿聚氯乙烯树脂表面,包覆在聚氯乙烯微粒的外面而引导个润滑作用。
  当加工温度达到130~160℃时,树脂颗粒被粉碎,初级粒子成为最大的结构单元,树脂的初级粒子由于动能的增加,其外层的分子链段在剪切作用下开始轻微扩散,使相邻的初级粒子的短侧支链才能穿插过初级粒子间的界面,初级粒子此时才开始初步塑化。粒子间相互作用力开始增强,制品的力学性才显著地提高。内润滑剂此时仍然被吸附在初级粒子表面相互作用力开始增强,制品的力学性才显著地提高。内润滑剂则包覆在已经开始塑的树脂的外面起外润滑作用。当温度达到200℃以上时,树脂的初级粒子已经完全塑化,树脂此时才成为均匀的连续相,在扭矩流动曲线上扭矩才开始与水平坐标相平行,即称为平行扭矩。
  总之,化学结构及立体构象决定了润滑剂的极性及润滑作用,即被树脂所吸附或形成润滑薄膜的性能。
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