一文读懂润滑剂

    润滑剂是一类用来改善塑料，橡胶等聚合物的加工性能和表观性能的助剂。除一般意义上的减少磨擦，提高树脂或胶料加工过程中的流动性和脱模性作用外，润滑剂的功能还可延伸到增加制品的表面光洁性，防止制品之间相互粘连等界面性能方面。
    就加工改性作用而言，润滑剂在聚合物加工过程主要降低树脂或胶料与加工设备之间和聚合物分子之间的相互磨擦，进而达到降低扭矩，节约能耗，促进流动和提高质量的目的。
    润滑剂可分为内、外润滑剂两种，内、外润滑剂的区分主要依其与树脂的相容性大小。
    内润滑剂与树脂的亲和力大，其作用是降低大分子间的作用力；
    外润滑剂与树脂的亲和力小，其作用是降低树与加工机械之间的摩擦。

    一、理想润滑剂的性能要求
    1）易分散性：润滑剂在聚合物中有良好的分散性，否则导致局部过润滑或欠润滑现象发生。
    2）与基础聚合物适当的相容性：相容性过大，润滑剂在聚合物中起到增塑剂作用，制品软化点降低；相容性太小，制品成型后产生喷霜现象。
    3）良好的热稳定性和高温润滑性：加工温度下不分解，与PVC相容性随温度变化小。
    4）不影响制品最终性能：如强度；热变形温度；透明性等。
    5）卫生性；低成本。
 
    二、润滑剂的功效
    1.自供料段进入压缩段时开始塑化
    2.计量段前完全凝胶化
    1）降低熔体粘度
    热塑性树脂的熔体粘度是表征加工流动性的重要参数。
    温度上升----流动性增加----热分解；能耗大低分子量树脂----流动性增加----维卡耐热；强度低加入少量内润滑剂可以降低熔体粘度，提高熔体流动性，不影响制品的维卡耐热温度。
 
    机理：润滑剂分子与聚合物树脂在较高温度下具有一定的相容性，插入到聚合物分子链之间削弱了分子间作用力，促进分子链之间的滑动，或包覆于初级粒子表面，改善初级粒子之间的相互滑动性，降低了熔体粘度。
 
    2）减少内生热
    内生热是由于熔体内部摩擦引起的，加入内润滑剂能赋予树脂内部结构单元较高的润滑性，同时对树脂的溶剂化作用很小，从而即减少了树脂摩擦生热，又避免了制品热变形温度下降。
    3）脱模作用
    脱模作用是外润滑剂的功效，外润滑剂多与树脂的相容性有限，能从熔体迁移到表面。在熔体和金属表面形成稳定、相互隔离的分子层，抑制了熔体与金属表面的粘附。
    4）延迟塑化作用
    在树脂中加入相容性极低的润滑剂（外润滑剂）可以在加工温度下迁移到树脂颗粒或熔体表面，在树脂粒子之间或熔体与金属表面之间形成润滑层，减少了剪切变形和摩擦生热，达到延迟塑化的目的。
    5）防止熔体破裂
    由于润滑作用增加了熔体在壁上的滑动速度，削弱了粘附-滑动作用，防止了熔体破裂。
    6）改善制品的自润滑性润滑剂向制品表面迁移产生自润滑性。
    7）滑爽和防粘联作用。
 
    归纳起来内外润滑如下：
    内润滑剂的作用有以下三个方面：
    （１）使树脂稳定地塑化，防止塑化时转矩急剧升高；
    （２）降低树脂熔融粘度，增加流动性，使螺杆转矩下降，增加挤出量和生产量；
    （３）提高加工能力，减少设备负荷，提高能量效率。
 
    外润滑剂的作用有以下五个方面：
    （１）防止由于树脂与成型金属表面摩擦热所引起树脂的分解及着色；
    （２）防止在成型加工机械表面烧结；
    （３）提高滚筒表面的剥离性能；
    （４）提高脱模性；
    （５）提高成品表面的光滑性。
    内、外润滑剂之分只是相对而言，并无严格划分标准。 在极性不同的树脂中，内、外润滑剂的作用有可能发生变化。

     三、润滑剂作用方式：

    四、润滑剂的种类
    1）对PVC的润滑顺序
    2）润滑剂的主要种类
    ●按照使用性能分类：
    A.内润滑剂：硬脂酸丁酯；单油酸甘油酯；硬脂酸；单甘油酯；羟基硬脂酸；硬脂酸钙
    B.内外润滑剂：硬脂酸；硬酯醇；三硬脂酸甘油酯；OPE双硬酯酰胺
    C.外润滑剂：OPE蜡；PE蜡；石蜡；硬脂酸铅；二碱式硬脂酸铅等
 
    ●按照化学结构分类
    1.烃类润滑剂
    1）液体石蜡：石油裂解产物，根据馏分不同分为多个牌号，凝固点一般为-15℃—35℃，用于PVC挤出或注塑润滑剂。用量0.3-0.5份。特点初期润滑性好，且不影响热稳定性。
    2）天然石蜡：熔点在57-63 ℃，PVC硬制品加工中作为外润滑剂，改善制品的表面平滑性，一般用量0.3份，用量过大，会出现润滑过剩，透明性差。
    3）微晶石蜡：石油炼制产物，碳原子数32-72，高度支链化烃类，熔点65-90 ℃，特点是润滑性能好，热稳定性好。
    4）聚乙烯蜡：分子量在1000-2500的低分子量聚乙烯，聚乙烯蜡化学性质稳定与PVC树脂相容性差，呈外润滑特征，在硬质PVC加工中主要作用是减少熔融前树脂微粒间的摩擦、调节塑化时间、提高制品表面光洁性。
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    5）氧化聚乙烯蜡：聚乙烯蜡的氧化产物，酸值一般控制在15-25mg KOH/g,因为氧化聚乙烯蜡极性增加改善了与PVC树脂的相容性。
    6）氯化石蜡：属于氯代烃类润滑剂，与PVC树脂相容性好，呈中等润滑剂，初期和后期润滑性不好，需要与其他润滑剂并用。
 
    2.脂肪酸类润滑剂
    1）饱和脂肪酸：一般碳原子数12以上的饱和脂肪酸都具有润滑性作为PVC润滑剂随碳链长度增加，润滑性由内向外转变。
    2）不饱和脂肪酸类化合物：化学稳定性差。
    3）羟基脂肪酸类化合物：由于结构中含有羟基，极性增加，与PVC树脂相容性好，显示内润滑性。
 
    3.脂肪酸皂类润滑剂
    高级脂肪酸的金属盐除去作为PVC的热稳定剂外，还是一类重要的润滑剂。最常用的是：硬脂酸钙----PVC加工内润滑剂；硬脂酸铅--- PVC加工外润滑剂
 
    4.脂肪酸酯类润滑剂
    1）高级脂肪酸低碳醇酯，如硬脂酸正丁酯与PVC树脂相容性好，作为内润滑剂
    2）高级脂肪酸高碳醇酯，如硬脂酸十八醇酯兼具有内外滑性，对用量的敏感性较低。单硬脂酸甘油酯（代号GMS），外观为白色蜡状固体，为PVC的优良内润滑剂。对透明性影响小，加入量低于1.5份，可与硬脂酸并用。
    3）二元羧酸饱和高碳醇酯，如邻苯二甲酸双十八醇酯。与PVC相容性好，是非常好的内润滑剂。
    4）酯蜡类润滑剂，它是含有C24以上的高级脂肪酸和C24-32高级脂肪醇的一类化合物。硬脂醇——外观为白色细珠状物，起内润滑作用，透明好，在PVC中用量0.2~0.5份，此外，还可用于PS中；季戊四醇 ——PVC高温润滑剂，用量0.2~0.5份。
 
    5.脂肪族酚胺类润滑剂
    单脂肪酰胺——主要呈内润滑作用，具体品种有硬脂酸酸胺、芥酸酞胺及蓖麻油酸酞胺等；
    双脂肪酸酞胺——主要呈外润滑作用，具体品种有N，N—亚乙基双硬脂酸胺及N，N—亚乙基双蓖麻醇酸酸胺等。
  
    6.复合润滑剂
    PVC加工润滑性包括：内润滑；外润滑；初期润滑；中期润滑；后期润滑。
    复合润滑剂就是将不同润滑功能和行为的润滑剂组分配合在一起，形成满足加工工艺要求的完整润滑体系。
 
    五、润滑剂的选用准则
    1、依不同加工方法选择
    a、压延成型——目的是防止粘辊、降低熔体粘度及提高流动性。润滑剂应用内润滑剂和外润滑剂配合使用，常用品种以金属皂为主，并适当配以硬脂酸；
    b、挤出及注塑成型——目的是降低粘度、提高流动性及易于脱模。润滑剂一般以内润滑剂为主，主润滑剂一般以酯、蜡配合使用；
    c、模压及层压成型——以外润滑剂为主，常用品种为蜡类润滑剂；
    d、糊制品的成型——润滑剂用量较少，以内润滑剂为主，并以液体润滑剂为宜。
 
    2、依不同制品选用
    软制品 （软制品中因含有大里增塑剂，而增塑剂大都兼其有优良的润滑性，所以润滑剂的用量较少） 
    a、在透明膜配方中，选用金属皂类和液体复合稳定剂，配合使硬脂酸（用量小于0.5份）；
    b、对于吹塑膜，为防止粘连，可选用硬脂酸单甘油酯；
    c、在电缆料配方中，如加入填料，可采用高熔点蜡0.3~0.5份为润滑剂。
 
    硬制品（润滑剂的使用量大于软制品，对润滑性能要求较高）
    a、透明无毒制品，如吹塑瓶及透明片材等，常用的有OP蜡及 PE蜡等，加入量为 0.3~0.5 份，也可与 0.5 份硬脂酸正丁酯或 0.5 份硬脂酸配合。 
    b、不透明制品如板材及管材等，常用金属皂、石蜡及硬脂酸并用。金属皂加入量为 1~2 份，石蜡及硬脂酸加入量为 0.3~0.5 份。 
    3、共混树脂的影响
    a、为改善PVC的冲击性能，常共混ABS、CPE及MBS等树脂；但由于这些共混树脂与润滑剂相容性大，故需相应增加润滑剂使用量。  
    b、为改善PVC的表面光泽，常加入氯乙烯—乙酸乙烯酯共聚物，也需要相应增加润滑剂用量。
 
    4、润滑剂与其它助剂的关系 
    a、PVC中的热稳定剂有一定的润滑作用，不同热稳定剂的润滑性大小如下： 金属皂>液体复合金属皂类>铅盐>月桂酸锡>马来酸锡、硫醇有机锡。因此，对于热稳定剂润滑作用大的，在其配方中可相应减少润滑剂的用量。有机硫醇锡类热稳定剂缺乏外润滑性，配方中需适当加入外润滑剂；而二丁基锡羧酸酯热稳定剂的外润滑作用突出，配方中可适当减少外润滑剂的用量。
    b、加工助剂大都兼有外润滑功能，可相应减少润滑剂的加入量。
    c、配方中含有大量非润滑填料时，应相应增加内、外润滑剂的加入量。
  
    六、润滑剂的用量
    在一个配方中，一般应选用内、外润滑剂并用。润滑剂的用量随加工方法不同而异。
    压延成型：内润滑剂--0.3~0.8份，外润滑剂--0.2~0.8份；
    挤出及注塑：内润滑剂--0.5~1.0份，外润滑剂--0.2~0.4份。
 
    七、内外润滑平衡
    符合特定的加工设备要求的塑化时间和熔体粘度的润滑体系称为润滑平衡体系
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    1）合适的熔体流动性：加入内润滑剂尽可能降低熔体粘度，增大流动性，减少摩擦热生成。
    2）合适的塑化时间：加入内外润滑剂调节塑化时间。
    3）理想的防粘性：物料即不“打滑”影响输送，又不粘附加工设备。
 
    八、内外润滑平衡的评价标准
    1）内外润滑剂用量不足。现象是塑化扭矩大，熔体粘附性严重，可能发生热分解。
    2）内外润滑剂用量过大。现象是析出严重，制品力学性能下降，二次加工性能差。
    3）内润滑剂较少，外润滑剂较多。现象是塑化时间较长，塑化扭矩大，有析出现象。
    4）内润滑剂较多，外润滑剂较少。现象是塑化时间较短，熔体粘附性严重，可能发生热分解。
 
    内润滑剂在降低塑化转矩的同时可缩短塑化时间；而外润滑剂在降低塑化转矩的同时却延长塑化时间。

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