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摘要：介绍聚乙烯树脂混炼加工过程中常见的各类添加剂，主要从各类添加剂使用的目的及作用原理出发说明这些助剂对于聚乙烯生产的重要意义。
关键词：聚乙烯；降解；抗张强度
中图分类号：TQ047.1
Application of additives in polyethylene production
PENG Xu
Petrochina Plastics Plant of Daqing Petrochemical Company， Daqing 163415，Heilongjiang，China
Abstract： Introduction of additives used at polyethylene production ， mainly about the aim and principle of additives usage and the importance of additives in polyethylene production.
Key words： polyethylene； degradation； stretch strength
聚合物树脂在成型加工过程中会受到混炼机的强烈剪切作用，这使得树脂熔融升温，高温下的树脂极易受到氧气、光、催化剂残余物的影响，带来产品降解，直接影响产品的使用性能和经济效益，通过在树脂熔
融过程中加入各类添加剂可以有效增加聚乙烯抗降解的能力，提升树脂的力学性能及经济效益，下面就是聚乙烯生产过程中常见的各类添加剂。
1、增塑剂
增塑剂是对热和化学试剂都很稳定的一类有机化合物，通常是在一定范围内能与聚乙烯相溶而又不易挥发的液体；少数是熔点较低的固体。增塑过程可以看成是聚合物和低分子有机化合物相互“溶解”过程，增塑剂加入聚乙烯后能增加PE的柔顺性、耐寒性，使得聚乙烯的玻璃化温度、熔点、流动温度和粘度减小，流动性能增加，进而改变聚乙烯的加工性能。再者增塑剂加入后还能降低聚乙烯的抗张强度、硬度、模量等，使得聚乙烯薄膜的伸长率和抗冲击性能增强。
2、抗氧剂
聚乙烯在颗粒生产过程中或在使用过程中通常都会被加热到很高的温度下，在高温的环境下，聚乙烯树脂中的游离基和增长链极易与空气中的氧气发生反应，带来聚乙烯树脂质量的改变，因此在聚乙烯颗粒的生产过程中，通常会加入抗氧剂。抗氧剂能够替代易受氧化分解的聚合物与氧发生反应防止或推迟氧气对聚乙烯产生影响抗氧剂的作用机理主要分为两种：
1）、化合酚类和芳基仲胺类，这类抗氧剂具有不稳定的氢原子，这些氢原子会与聚乙烯中的游离基和增长链发生反应，进而有效避免这些游离基或增长链从聚乙烯中夺取氢原子，从而阻止或延迟聚乙烯氧化降解。
2）、正磷酸酯类及含硫化合物，这类抗氧剂能使得聚乙烯由于氧化降解产生的氢过氧化物分解成稳定的化合物，进而避免氢过氧化物分解成游离基而带来一系列的氧化降解反应。
图1、140℃不同抗氧剂浓度的LDPE氧化降解诱导时间
A、未添加抗氧剂；B、0.1%浓度抗氧剂168；
C、0.2% 浓度抗氧剂168；D、0.3%浓度抗氧剂168
3、光稳定剂
聚乙烯薄膜在使用过程中易出现光降解，影响产品力学性能及使用寿命，加入光稳定剂就可以有效减少上述问题的出现。光稳定剂能吸收光和射线或移出聚合物吸收的光能，放出没有破坏性的光能或热量，进而防止聚合物的老化降解。
目前常见的光稳定剂有四类：
1）、紫外线吸收剂，主要有羟基二苯甲酮的衍生物、水杨酸酯类、苯并三唑类，这
些助剂中含有分子内氢键，当紫外线照射到添加有该类助剂的聚乙烯时，分子内氢键被破坏，吸收的热量又可以以热能的形式放出，使氢键恢复，循环发挥作用。
2）、先驱型紫外线吸收剂，常见的为苯甲酸酯类，该类助剂本身不具备吸收紫外线作用，但经过光线照射后会发生分子重排，重排后的分子成为紫外线吸收剂，发挥其作用。
3）、淬灭剂，常见的为各种镍螯合物，该类助剂主要通过转移聚合物分子吸收紫外光而产生“激发态能”，从而避免由此而产生游离基而使聚乙烯进一步降解。
4）、光屏蔽剂，主要有炭黑、TIO2、氧化锌、亚硫酸锌、受阻胺类，该类助剂主要起屏蔽作用，用于不透明的聚乙烯管材使用。
图2、光屏蔽剂对PE光老化的稳定效果
A、未添加稳定剂；B、2%炭黑
4、催化粒子失活剂
聚乙烯生产过程中采取的催化剂主要是金属粒子，这些金属粒子会在后期PE造粒过程中带来聚合物降解，影响产品使用性能。如何消除这些金属粒子对于PE产品性能的保证是否重要，消除这些金属粒子的常用方法是加入适量的螯合剂，如某些亚磷酸的烷酯和芳酯及顺丁烯二酸酯类等，这些物质可以与重金属盐形成络合物，消除重金属粒子的催化作用。
5、润滑剂
聚乙烯树脂在混炼机进行混炼过程中，会受到很高的剪切作用，这使得PE熔体分子间的内摩擦力加大，熔体温度升高，由于熔融物料与混炼机筒体、螺杆的摩擦系数会随着温度的升高而增大，严重的摩擦可能使得颗粒侧面变得非常粗糙，形成流纹，加入润滑剂能减小聚合物分子间的摩擦力，使得物料剪切均匀，流动平稳，有利于提高制品表面的质量。由于润滑剂能降低分子间的摩擦力，这会带来树脂熔体温度的下降，熔体流动性能增加，如果加入量过多，在高的剪切作用下会缩短聚合物在设备中的停留时间，以至于产生不均匀的熔融物料，同时对PE树脂的机械强度、伸长率也会带来不利影响，所以润滑剂使用量应严格规定。目前，润滑剂根据作用不同可分为内润滑剂和外润滑剂两类
内润滑剂主要包括硬脂酸及其盐类，内润滑剂与PE熔体有一定的相溶性，加入后可降低PE分子间的内聚力，降低熔体粘度，进而削弱PE分子链间的内摩擦。
外润滑剂主要包括石蜡、矿物油和硅油，这类润滑剂与PE熔体仅有很小的相容性，在PE造粒过程中易于从聚乙烯内部析至表面而粘附于设备的接触表面，形成一润滑层，降低了熔体与设备接触表面的摩擦，可以有效避免混炼机螺杆的缠粘。
5、结论
添加剂在聚乙烯生产过程中，作用明显，加入适量的正确的添加剂就可以有效提升产品的力学性能、使用性能、抗老化性能，提升聚乙烯产品的经济效益。
参考文献
[1] 、Additives for plastics—Plasticizers“Plastics Engineering”Vol.33 No.1-3（1978）
[2] 、 J. M. Mckelvey：“polymer processing“，Wiley，1962
[3] 、成都工学院高分子化工专业：《塑料成型加工基础》1978
关键词：聚乙烯；降解；抗张强度
中图分类号：TQ047.1
Application of additives in polyethylene production
PENG Xu
Petrochina Plastics Plant of Daqing Petrochemical Company， Daqing 163415，Heilongjiang，China
Abstract： Introduction of additives used at polyethylene production ， mainly about the aim and principle of additives usage and the importance of additives in polyethylene production.
Key words： polyethylene； degradation； stretch strength
聚合物树脂在成型加工过程中会受到混炼机的强烈剪切作用，这使得树脂熔融升温，高温下的树脂极易受到氧气、光、催化剂残余物的影响，带来产品降解，直接影响产品的使用性能和经济效益，通过在树脂熔
融过程中加入各类添加剂可以有效增加聚乙烯抗降解的能力，提升树脂的力学性能及经济效益，下面就是聚乙烯生产过程中常见的各类添加剂。
1、增塑剂
增塑剂是对热和化学试剂都很稳定的一类有机化合物，通常是在一定范围内能与聚乙烯相溶而又不易挥发的液体；少数是熔点较低的固体。增塑过程可以看成是聚合物和低分子有机化合物相互“溶解”过程，增塑剂加入聚乙烯后能增加PE的柔顺性、耐寒性，使得聚乙烯的玻璃化温度、熔点、流动温度和粘度减小，流动性能增加，进而改变聚乙烯的加工性能。再者增塑剂加入后还能降低聚乙烯的抗张强度、硬度、模量等，使得聚乙烯薄膜的伸长率和抗冲击性能增强。
2、抗氧剂
聚乙烯在颗粒生产过程中或在使用过程中通常都会被加热到很高的温度下，在高温的环境下，聚乙烯树脂中的游离基和增长链极易与空气中的氧气发生反应，带来聚乙烯树脂质量的改变，因此在聚乙烯颗粒的生产过程中，通常会加入抗氧剂。抗氧剂能够替代易受氧化分解的聚合物与氧发生反应防止或推迟氧气对聚乙烯产生影响抗氧剂的作用机理主要分为两种：
1）、化合酚类和芳基仲胺类，这类抗氧剂具有不稳定的氢原子，这些氢原子会与聚乙烯中的游离基和增长链发生反应，进而有效避免这些游离基或增长链从聚乙烯中夺取氢原子，从而阻止或延迟聚乙烯氧化降解。
2）、正磷酸酯类及含硫化合物，这类抗氧剂能使得聚乙烯由于氧化降解产生的氢过氧化物分解成稳定的化合物，进而避免氢过氧化物分解成游离基而带来一系列的氧化降解反应。
图1、140℃不同抗氧剂浓度的LDPE氧化降解诱导时间
A、未添加抗氧剂；B、0.1%浓度抗氧剂168；
C、0.2% 浓度抗氧剂168；D、0.3%浓度抗氧剂168
3、光稳定剂
聚乙烯薄膜在使用过程中易出现光降解，影响产品力学性能及使用寿命，加入光稳定剂就可以有效减少上述问题的出现。光稳定剂能吸收光和射线或移出聚合物吸收的光能，放出没有破坏性的光能或热量，进而防止聚合物的老化降解。
目前常见的光稳定剂有四类：
1）、紫外线吸收剂，主要有羟基二苯甲酮的衍生物、水杨酸酯类、苯并三唑类，这
些助剂中含有分子内氢键，当紫外线照射到添加有该类助剂的聚乙烯时，分子内氢键被破坏，吸收的热量又可以以热能的形式放出，使氢键恢复，循环发挥作用。
2）、先驱型紫外线吸收剂，常见的为苯甲酸酯类，该类助剂本身不具备吸收紫外线作用，但经过光线照射后会发生分子重排，重排后的分子成为紫外线吸收剂，发挥其作用。
3）、淬灭剂，常见的为各种镍螯合物，该类助剂主要通过转移聚合物分子吸收紫外光而产生“激发态能”，从而避免由此而产生游离基而使聚乙烯进一步降解。
4）、光屏蔽剂，主要有炭黑、TIO2、氧化锌、亚硫酸锌、受阻胺类，该类助剂主要起屏蔽作用，用于不透明的聚乙烯管材使用。
图2、光屏蔽剂对PE光老化的稳定效果
A、未添加稳定剂；B、2%炭黑
4、催化粒子失活剂
聚乙烯生产过程中采取的催化剂主要是金属粒子，这些金属粒子会在后期PE造粒过程中带来聚合物降解，影响产品使用性能。如何消除这些金属粒子对于PE产品性能的保证是否重要，消除这些金属粒子的常用方法是加入适量的螯合剂，如某些亚磷酸的烷酯和芳酯及顺丁烯二酸酯类等，这些物质可以与重金属盐形成络合物，消除重金属粒子的催化作用。
5、润滑剂
聚乙烯树脂在混炼机进行混炼过程中，会受到很高的剪切作用，这使得PE熔体分子间的内摩擦力加大，熔体温度升高，由于熔融物料与混炼机筒体、螺杆的摩擦系数会随着温度的升高而增大，严重的摩擦可能使得颗粒侧面变得非常粗糙，形成流纹，加入润滑剂能减小聚合物分子间的摩擦力，使得物料剪切均匀，流动平稳，有利于提高制品表面的质量。由于润滑剂能降低分子间的摩擦力，这会带来树脂熔体温度的下降，熔体流动性能增加，如果加入量过多，在高的剪切作用下会缩短聚合物在设备中的停留时间，以至于产生不均匀的熔融物料，同时对PE树脂的机械强度、伸长率也会带来不利影响，所以润滑剂使用量应严格规定。目前，润滑剂根据作用不同可分为内润滑剂和外润滑剂两类
内润滑剂主要包括硬脂酸及其盐类，内润滑剂与PE熔体有一定的相溶性，加入后可降低PE分子间的内聚力，降低熔体粘度，进而削弱PE分子链间的内摩擦。
外润滑剂主要包括石蜡、矿物油和硅油，这类润滑剂与PE熔体仅有很小的相容性，在PE造粒过程中易于从聚乙烯内部析至表面而粘附于设备的接触表面，形成一润滑层，降低了熔体与设备接触表面的摩擦，可以有效避免混炼机螺杆的缠粘。
5、结论
添加剂在聚乙烯生产过程中，作用明显，加入适量的正确的添加剂就可以有效提升产品的力学性能、使用性能、抗老化性能，提升聚乙烯产品的经济效益。
参考文献
[1] 、Additives for plastics—Plasticizers“Plastics Engineering”Vol.33 No.1-3（1978）
[2] 、 J. M. Mckelvey：“polymer processing“，Wiley，1962
[3] 、成都工学院高分子化工专业：《塑料成型加工基础》1978