隨著國(guó)內(nèi)外塑料加工技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)和塑料加工設(shè)備的大量應(yīng)用，為了提高加工速度、降低能耗，提高塑料制品質(zhì)量，尤其是表觀質(zhì)量，塑料潤(rùn)滑劑的品種和數(shù)量都得到了迅速發(fā)展。作為塑料的一種加工助劑，塑料潤(rùn)滑劑已經(jīng)有幾十年的歷史，國(guó)外相關(guān)實(shí)驗(yàn)和報(bào)道也較多。直到20世紀(jì)末，潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑作用還沒(méi)有真正意義上的理論及規(guī)律。僅靠一般代表性的規(guī)律，借鑒普通化學(xué)中的相似相溶規(guī)律。也就是潤(rùn)滑劑的極性與樹(shù)脂的極性越相似，其相容性越好，因而其內(nèi)潤(rùn)滑作用也越好；反之則外潤(rùn)滑作用較強(qiáng)。但是判斷潤(rùn)滑劑極性的根據(jù)是潤(rùn)滑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)，即潤(rùn)滑劑分子中含有的羧基、酯基、羥基、?；约懊鸦⑼葮O性官能團(tuán)的種類(lèi)、數(shù)量及其與長(zhǎng)鏈烷基的比例。由于潤(rùn)滑劑化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜多樣，以及相鄰官能團(tuán)的相互影響，使對(duì)潤(rùn)滑劑的極性大小的判斷更為困難，這就造成了僅憑潤(rùn)滑劑的極性來(lái)推斷潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用，與潤(rùn)滑劑實(shí)際上所起的潤(rùn)滑作用之間的差異遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的想象。[1]

一． 塑料潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理

1.1 外潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理

外潤(rùn)滑劑一般是非極性或極性較低的有機(jī)化合物，因而表面張力很小，與強(qiáng)極性的樹(shù)脂相容性也小，極易被強(qiáng)極性樹(shù)脂排斥到體系的界面上，形成薄層外潤(rùn)滑膜。樹(shù)脂塑化前外潤(rùn)滑劑包裹在樹(shù)脂粒子表面，減少樹(shù)脂粒子間摩擦，阻止樹(shù)脂鏈段的相互纏繞、粘連，延緩樹(shù)脂的塑化;樹(shù)脂塑化后，外潤(rùn)滑劑在樹(shù)脂熔體表面形成的薄膜，可以減少樹(shù)脂熔體對(duì)金屬表面的粘附和摩擦。但由于外潤(rùn)滑劑與極性樹(shù)脂和金屬表面的作用力很小，因此在高溫和剪切力作用下，外潤(rùn)滑劑薄膜強(qiáng)度較低，很容易被破壞，影響外潤(rùn)滑作用的效果。如果是帶有極性基團(tuán)的外潤(rùn)滑劑，如硬脂酸鉛和氧化聚乙烯蠟等，由于可以與極性樹(shù)脂粒子表面的極性結(jié)點(diǎn)形成絡(luò)合鍵，也可以與帶有自由電子的金屬表面形成絡(luò)合鍵，因而形成的外潤(rùn)滑劑薄膜的強(qiáng)度就較強(qiáng)，其附著力也較強(qiáng)，也不易被剪切力破壞。

1.2 內(nèi)潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理

內(nèi)潤(rùn)滑劑通常是帶有極性基團(tuán)的小分子有機(jī)化合物。根據(jù)相似相容原理，內(nèi)潤(rùn)滑劑與極性樹(shù)脂具有很好的相容性。內(nèi)潤(rùn)滑劑能夠比較容易的插入到樹(shù)脂各層粒子之間以及分子內(nèi)的鏈段之間。在樹(shù)脂塑化前，樹(shù)脂的極性結(jié)點(diǎn)與內(nèi)潤(rùn)滑劑的極性部分的親和力較強(qiáng)，化學(xué)吸附后形成絡(luò)合鍵，處在動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)合，減弱了樹(shù)脂鏈段間的摩擦力;樹(shù)脂塑化后，內(nèi)潤(rùn)滑劑的極性基團(tuán)減弱了熔體內(nèi)分子間及分子鏈段之間的相互作用力，使樹(shù)脂熔體易于流動(dòng)，降低了塑化扭矩，降低了熔體黏度，起到了內(nèi)潤(rùn)滑的作用。內(nèi)潤(rùn)滑劑的極性、黏度和熔點(diǎn)三者相比較，極性是最為關(guān)鍵的因素。例如石蠟的熔點(diǎn)和熔體黏度都不高，但由于幾乎沒(méi)有極性，因此只能被樹(shù)脂微粒物理吸附，而不能形成化學(xué)吸附。物理吸附的作用力主要是范德華力中的色散力，當(dāng)溫度升高時(shí)，其吸附作用馬上明顯下降。而化學(xué)吸附由于形成了絡(luò)合鍵，即使在較高的加工溫度下仍能夠動(dòng)態(tài)平衡地被樹(shù)脂粒子所吸附。

潤(rùn)滑劑的內(nèi)部潤(rùn)滑指數(shù)

二． 塑料潤(rùn)滑劑的分類(lèi)

塑料潤(rùn)滑劑的品種很多，分類(lèi)方法也很多。最常用的分類(lèi)方法有兩種。一種是根據(jù)潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑作用，分成內(nèi)潤(rùn)滑劑(脂肪酸酯類(lèi)和醇類(lèi)等)、外潤(rùn)滑劑(金屬皂、高級(jí)脂肪酸、脂肪酰胺和石蠟等)和復(fù)合潤(rùn)滑劑(金屬皂類(lèi)硬脂酸鈣和脂肪酸皂等)三大類(lèi);另一種是根據(jù)潤(rùn)滑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)，大致分成烴類(lèi)、脂肪酸酰胺類(lèi)、高級(jí)脂肪酸類(lèi)、酯類(lèi)、醇類(lèi)、金屬皂類(lèi)和復(fù)合型潤(rùn)滑劑類(lèi)。

2.1 烴類(lèi)塑料潤(rùn)滑劑

烴類(lèi)塑料潤(rùn)滑劑來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、潤(rùn)滑作用較好。應(yīng)用較多的品種包括液體石蠟、天然石蠟、微晶蠟、鹵代烴、聚乙烯蠟(PE蠟)、聚丙烯蠟(PP蠟)和氧化聚乙烯蠟(OPE蠟)。除了氧化聚乙烯蠟以外，均為非極性化合物。根據(jù)相似相容原則，該類(lèi)潤(rùn)滑劑在非極性樹(shù)脂中為內(nèi)潤(rùn)滑劑，而在極性樹(shù)脂中則為外潤(rùn)滑劑。

2.2 脂肪類(lèi)塑料潤(rùn)滑劑

脂肪酸類(lèi)包括飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、羥基脂肪酸和氧化脂肪酸等。其中應(yīng)用最廣的是硬脂酸。硬脂酸的極性比硬脂酸醇小，因此與極性樹(shù)脂的相容度也小得多。硬脂酸分子之間存在著氫鍵結(jié)構(gòu)。氫鍵解離之前，硬脂酸只能起外潤(rùn)滑，而在高溫、高剪切力作用下，氫鍵解離之后，才有可能起內(nèi)潤(rùn)滑作用。硬脂酸的揮發(fā)性較大，在塑料加工過(guò)程中不宜過(guò)量，以免在真空定型器中及注塑模具中都會(huì)冷凝，影響連續(xù)生產(chǎn)或熔接痕的力學(xué)性能。

脂肪醇類(lèi)潤(rùn)滑劑是以直鏈飽和脂肪醇化合物為主，其潤(rùn)滑性隨著碳鏈的增加而增加。它們與聚氯乙烯等許多聚合物的極性相似，相容性較好，因而內(nèi)潤(rùn)滑性能優(yōu)良，且不影響產(chǎn)品的透明度，具有與熱穩(wěn)定劑協(xié)同和促進(jìn)助劑分散的效能，是構(gòu)成潤(rùn)滑劑熱穩(wěn)定劑及復(fù)合潤(rùn)滑劑的基礎(chǔ)成分。

脂肪酰胺類(lèi)主要包括脂肪酸酰胺和烷撐雙脂肪酸酰胺。該類(lèi)潤(rùn)滑劑耐熱性、脫模性、透明性均較好，而且與穩(wěn)定劑有協(xié)同效應(yīng)。脂肪酰胺潤(rùn)滑劑熔點(diǎn)較高，具有界面潤(rùn)滑作用，一般傾向于外潤(rùn)滑效果。烷撐脂肪雙酰胺與單酰胺相比，融點(diǎn)高、熱穩(wěn)定性好、應(yīng)用廣泛，并且兼具多項(xiàng)輔助功能。

脂肪酸酯類(lèi)潤(rùn)滑劑一般為高級(jí)脂肪酸酯類(lèi)化合物，兼具內(nèi)潤(rùn)滑劑和外潤(rùn)滑劑的作用，因而適用范圍廣，用量大，與其他助劑的協(xié)同效能好，是塑料行業(yè)中不可多得的助劑之一。同時(shí)由于分子中含有多個(gè)極性酯基和多個(gè)非極性的烷基，所以同樹(shù)脂有較好的相容性，同時(shí)該類(lèi)潤(rùn)滑劑對(duì)設(shè)備和制品均不污染，是塑料加工的較為理想的潤(rùn)滑劑。

目前市場(chǎng)上成熟的產(chǎn)品多為單一性能的塑料潤(rùn)滑劑，功效有一定的局限性。即便是復(fù)合型的塑料潤(rùn)滑劑也只是幾種組分的簡(jiǎn)單復(fù)配，在效果上是這幾種組分性能的折衷。利用分子合成的方法，實(shí)現(xiàn)塑料潤(rùn)滑劑的官能團(tuán)多元化、功能高效化和環(huán)保低污染化是今后塑料潤(rùn)滑劑發(fā)展的主要方向。[2]

參考文獻(xiàn)：

1. 劉芳, 李杰, 時(shí)凱. 塑料潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑作用的理論與應(yīng)用概[J]. 聚氯乙烯, 2008, 36(8): 29-33．

2. 楊士亮, 楊宏偉, 馬玉紅, 李召良, 郝敬團(tuán). 塑料潤(rùn)滑劑的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用[J]. 廣州化工, 2013, 41(2): 20-25.