第八章 润滑剂

润滑界面膜的粘度大小，会影响它在金属 加工设备和聚合物上的附着力。适当大的 粘度，可产生较大的附着力，形成的界面 膜好，隔离效果和润滑效率高。 润滑界面膜的粘度和润滑效率，取决于 润滑剂的熔点和加工温度。一般润滑剂的 分子链愈长，愈能使两个摩擦面远离，润 滑效果愈大，润滑效率愈高。
如果所加工的制品表面要进行喷涂丙烯酸 涂料的第二次加工，那么在选用外润滑剂时 还应注意到润滑剂和二次加工是否有矛盾， 如用有机硅油，如果硅油停留在塑料制品如 电视机外壳的表面，那么电视机塑壳为了美 观而喷涂丙烯酸涂料时，就很难喷涂上去。
结构特点：由亲水性官能团和疏水性烷基链组成。

润滑油是在基础油中添加润滑添加剂而得，而润滑 添加剂是合成的，具有降低摩擦作用的有机化合物。
高分子材料在成型加工时，存在着熔融聚合物 分子间的摩擦和聚合物熔体与加工设备表面间的 摩擦，前者称为内摩擦，后者称为外摩擦。 内摩擦会增大聚合物的熔融流动粘度，降低其 流动性，严重时会导致材料的过热、老化；外摩 擦则使聚合物熔体与加工设备及其他接触材料表 面间发生粘附，随温度升高，摩擦系数显著增大。
8.3 润滑剂各论
通常，润滑剂按其化学成分和结构，分为无 机润滑剂和有机润滑剂。 无机润滑剂是由滑石粉、云母粉，陶土、白 粘土等为主要组分配制而成的复合物，它们主 要用作橡胶加工中胶片和半成品防粘用的隔离 剂。 在实际生产中，广泛使用有机润滑剂，它们 按化学结构可分为：脂肪酸，脂肪酸酯，脂肪 酸酰胺，脂肪醇，烃类化合物和有机硅化合物 等。
外润滑与内润滑是相对而言的，实际上，大 多数的润滑剂兼其两种作用，只是相对强弱不 同。 就一种润滑剂而言，它的作用可能随聚合物 种类、加工设备和加工条件，以及其他助剂的种 类和用量的不同而发生变化，故很难确定它属于 哪一类。
不管是内润滑剂还是外润滑剂，其作用是: 降低聚合物熔体的粘度，防止聚合物在加工 过程中和加工机械的粘连，降低聚合物加工温 度，提高产品内在和外观质量，提高加工速率。 因此，润滑剂是塑料加工中不可缺少的一类 助剂。
为了减少这两类摩擦，改进塑料熔体的流动性， 防止高分子材料在加工过程中对设备的粘附现象， 保证制品表面光洁度而加入的物质称为润滑剂。 若材料本身具有自润滑作用，如聚乙烯、聚四 氟乙烯等，加工时可不加润滑剂；而聚氯乙烯， 特别是硬质聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰 胺、ABS树脂等，则必须加入润滑剂才能很好加 工。
在挤出加工中，硬脂酸、软脂酸、肉豆蔻酸、 花生酸等都具有中期到后期润滑效果，当初期润 滑性或后期润滑性不足时，可分别与少量硬脂酸 丁酯或酯蜡等并用以改善加工性。 作为润滑剂使用的羟基脂肪酸有蓖麻油酸、羟 基硬脂酸等，它们的挥发性比硬脂酸低，和PVC 相容性好，具有内润滑作用，但热稳定性较差。
不同的应用对润滑剂有着不同的要求，理想 的润滑剂应满足如下要求： 1、润滑效能高而持久。 2、与树脂的相容性大小适中，内外润滑作 用平衡，不喷霜、不易结垢。 3、表面张力小，粘度小。 4、不降低聚合物的力学性能及其他的性能。 5、热稳定性和化学稳定性好，高温加工中 不分解、不挥发、不与其他助剂发生反应。 6、不腐蚀设备，不污染制品，无毒。
在脂肪酸的低级醇酯中，硬脂酸、软脂酸以 及其他饱和脂肪酸的酯应用最广。 其代表产品是硬脂酸丁酯，由硬脂酸和丁醇 酯化而成，熔点17~22.5℃，广泛用作硬质PVC 制品的内润滑剂。用量为0.5~2.0phr，在挤出加 工中，初期润滑性好，但后期较差，若同硬脂酸 并用效果更好。
酯蜡，是指含有C24以上的高级脂肪酸和含 有C26~32高级脂肪醇的酯类。主要成分是褐煤 蜡，巴西棕榈蜡和石蜡等。 在这类润滑剂中含有1~2个极性基，又含有 两个非极性的长链烷基，所以具有内润滑和外 润滑双重作用，是硬质PVC的高级润滑剂，由 于它的耐温性高，又是许多复合润滑剂的主要 原料。
2．脂肪酸酯 作为润滑剂的酯类主要是高级脂肪酸的一元 醇酯和多元醇单酯。包括脂肪酸的低级醇酯、酯 蜡等。 酯基均具有极性，所以对PVC分子有很强的 亲和力，和PVC的相容性良好，具有内润滑作用。 这类润滑剂可由脂肪酸与醇直接反应，或油脂与 醇进行酯交换反应而得。
一些具有代表性化合物的结构和物性如下表所示。
脱模剂和防粘剂（开口剂）等均可视为润 滑剂的特殊应用。 脱模剂一般用于注塑时使制品能顺利从模 具中被顶出的场合。其作用是减少脱模力（粘 附力），一般分为外涂脱模剂（把一种与塑料 相容性极小的物质涂覆在模具表面，例如硅油 类）及润滑剂兼内脱模剂。随着生产强度不断 加大，现代化连续生产的要求，一般均采用润 滑剂兼脱模剂。
第八章 润滑剂
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
概述 润滑剂的作用机理 润滑剂各论 润滑剂性能的评价和测试 润滑剂的应用
8.1概述

在机械运行或材料加工过程中，存在着金属与金属 之间、加工材料与加工机械之间的摩擦力。如在高 分子材料成型加工时，存在者聚合物熔体与加工设 备表面间的摩擦，它可能导致聚合物熔体粘附在加 工设备和其他接触材料表面上。由此会影响制品从 模具中脱出，严重时会使制品表面非常粗糙，无光 泽，甚至产生流纹。
1. 脂肪酸酰胺 用作润滑剂的脂肪酸酰胺主要是高级脂 肪酸酰胺，其结构和物性列于下表中。
酰胺类润滑剂由脂肪酸与氨直接反应制备， 产物大多同时具有外润滑和内润滑作用，其中 硬脂酰胺、油酰胺的外润滑性质优良，多用作 聚乙烯、聚丙烯，聚氯乙烯等的润滑剂和脱模 剂，以及聚烯烃的爽滑剂和薄膜抗粘结剂等。 乙二胺双硬脂酰胺在多种热塑性和热固性 塑料以及橡胶加工中，作为润滑剂和脱模剂使 用。
2．外润滑－界面润滑机理
外润滑剂主要特点是它和聚合物的相容性很小，甚 至不相容。在加工过程中，在压力作用下很容易从混 合物料中挤出，移析到表面或在混合物料和加工机械 的界面处，润滑剂分子取向排列，极性基团向着金属 表面，通过物理吸附或化学键，形成一个润滑剂分子 层。在熔融聚合物和加工设备、模具间形成润滑界面， 对聚合物熔体和加工设备起到隔离作用，减少了两者 之间的摩擦，使材料不粘附在设备上。 如果润滑剂形成一层隔离膜，彻底消除混合物料和 设备壁之间的粘附，这种过于润滑作用并不好，因为 在这种情况下，混合物料和设备之间会出现打滑现象， 混合物料得不到塑化应有的剪切应力。

为了减少各种摩擦造成的严重磨损，产品质量差， 生产效率低等一些列问题，生产上广泛使用润滑剂。 润滑剂是一种能够在表面与表面之间形成隔离层或 修复不平滑表面的物质。

根据应用对象的不同，可分为： 机械运行用润滑剂 塑料成型用润滑剂 纤维加工用油剂 载荷添加剂 材料加工用润滑剂 纺织纤维用油剂

3．外润滑－涂布隔离机理 对加工模具和被加工材料完全保持化学惰性 的物质称为脱模剂。 将其涂布在加工设备的表面上，当其中加入 待成型聚合物时，脱模剂便在模具与聚合物的 表面间形成连续的薄膜，从而达到完全隔离的 目的，由此减少了聚合物熔体与加工设备之间 的摩擦，避免聚合物熔体对加工设备的粘附， 而易于脱模、离辊，从而可提高加工效率和保 证质量。
一般情况下，润滑剂的分子结构中都含有长链 的非极性基和极性基两部分，它们在不同聚合物 中表现不同的相容性，从而显示不同的内外润滑 作用。也有些润滑剂如聚乙烯蜡是非极性的，它 们与非极性树脂的相容性好，主要起内润滑作用。 按照化学组成，常用的润滑剂可分为如下几 类：脂肪酸及其酯类、脂肪酰胺、金属皂、烃类、 醇类、复合润滑剂等。
市场上提供的润滑剂品种繁多，主要见下表。
8.2 润滑剂的作用机理
关于润滑剂的作用机理比较为人们接受的是 塑化机理、界面润滑和涂布隔离机理。 1．内润滑－塑化机理 为了降低聚合物分子之间的摩擦(内摩擦)， 需加入与聚合物有一定相容性的润滑剂，称之 为内润滑剂，其结构及其在聚合物中的状态类 似于增塑剂，所不同的是润滑剂分子中，一般 碳链较长、极性较低。
从褐煤蜡制得的酯蜡，有E蜡、EG蜡和皂 化蜡，如O蜡和OP蜡。由褐煤经铬酸－硫酸 氧化漂白，使树脂部分全部破坏，得到S蜡 和L蜡，它的物化性质见下表中。
E蜡、OP蜡之类，它们与PVC相容性良好， 高温持续润滑性优良，是硬质PVC的优良润滑剂。 用量一般为0.1~0.3phr，如果用量超过0.5phr则 会影响制品的透明度。
以聚氯乙烯为例，润滑剂和材料的相容性较 增塑剂低很多，因而仅有少量的润滑剂分子能 象增塑剂一样，穿插于聚氯乙烯分子链之间， 略为削弱分子间的相互吸引力，如下图所示。 在聚合物变形时，分子链间能够相互滑移和 旋转，从而分子间的内摩擦减小，熔体粘度降 低，流动性增加，易于塑化。但润滑剂不会过 分降低聚合物的玻璃化温度Tg和强度等，这是 与增塑剂作用的不同之处。
脂肪酸酰胺在塑料加工中，可起爽滑剂和屏 蔽剂的作用，用作PVC、ABS、PS和其他塑料 的润滑剂，乙撑双硬脂酰胺和乙撑双油酸酰胺 主要起加工润滑剂作用。芥酸酰胺和油酸酰胺 可以赋予PE和PP滑动性能。 具有高熔点的取代酰胺，能使工程热塑性塑 料在加工期间具有滑动性，改善其加工性。
用于PVC系列的润滑剂乙撑双硬脂酰胺(EBS) 是最重要的产品。它可看成是既有内润滑作用， 又有外润滑作用的润滑剂，但倾向于外润滑剂。 EBS是一种能促进流动并析出金属的助剂。 由于EBS使用方便，易于加工，因此它广泛 用作异型材的生产，在要求高透明性的情况下， 不能使用EBS。
3．脂肪酸 脂肪酸类润滑剂包括饱和脂肪酸、不饱和脂 肪酸和羟基脂肪酸等，最主要的还是高级饱和 脂肪酸。应用最广泛的是碳原子数在12以上的 硬脂酸。 C28~32的高级饱和脂肪酸，可直接作为润滑剂 使用，有良好的外润滑作用。但它们的主要作 用还是进一步制取酯蜡和皂化蜡等更高级的润 滑剂。
硬脂酸不仅是应用最广泛的润滑剂，而且也 是生产脂肪酸衍生物类润滑剂的主要原料。 作为润滑剂使用时，希望其碘值和酯值较低 为好，这样不会影响塑料制品的耐候性和耐热 性。它的外润滑性优越，还有防止压析的作用。 一般用量为0.2~0.3phr即可获得很好的润滑效 果。用量过大，则会影响制品的透明性，也容 易产生喷霜析出现象。和硬脂酸丁酯等并用， 可改善PVC的凝胶化速度。