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、酰基以及醚基、酮基等極性官能團(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。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。
圖1. 潤(rùn)滑劑的內(nèi)部潤(rùn)滑指數(shù) 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)。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。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。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.
亞洲首家研發(fā)與生產(chǎn)樹(shù)枝狀聚合物的高新技術(shù)企業(yè)威海晨源分子新材料有限公司成立于2011年，是一家國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。公司先后獲批山東省工程技術(shù)研究中心、山東省品牌國(guó)際科技合作基地、山東省院士工作站、山東省知名品牌、山東省隱形冠軍等技術(shù)創(chuàng)新平臺(tái)及榮譽(yù)。創(chuàng)始人李武松博士畢業(yè)于北京大學(xué)，是中國(guó)樹(shù)枝狀聚合物產(chǎn)業(yè)化的創(chuàng)始人，先后獲得山東省組織部頒發(fā)的山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才，山東省人社廳頒發(fā)的山東省有突出貢獻(xiàn)的中青年專(zhuān)家，山東青年五四獎(jiǎng)?wù)隆⑸綎|省優(yōu)秀科技工作者、2018年度威海市市長(zhǎng)質(zhì)量獎(jiǎng)、威海市科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)、威海市十大杰出青年、2020“大國(guó)之材”年度人物，榮獲共青團(tuán)中央和人社部頒發(fā)的第十一屆中國(guó)青年創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。 晨源分子目前擁有由多名名校畢業(yè)的博士、碩士組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，與北京大學(xué)、清華大學(xué)和上海交通大學(xué)等國(guó)內(nèi)外6所高校院所建立了產(chǎn)學(xué)研合作，擁有行業(yè)內(nèi)唯一的院士工作站，并獲得了政府?dāng)?shù)千萬(wàn)元的科技支持。 晨源分子建立了亞洲第一條也是唯一一條噸級(jí)高純度樹(shù)枝狀聚酰胺胺生產(chǎn)線以及千噸級(jí)超支化聚酯的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了樹(shù)枝狀聚合物真正意義上的產(chǎn)業(yè)化，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，打破了歐美技術(shù)壟斷。目前，國(guó)內(nèi)知名企業(yè)金發(fā)、聚隆、橫店得邦等均使用晨源分子公司的產(chǎn)品。 晨源分子公司目前產(chǎn)品共有包括樹(shù)枝狀聚酰胺胺、超支化聚酯、樹(shù)枝狀塑料潤(rùn)滑劑、樹(shù)枝狀改性膠黏劑在內(nèi)的三大類(lèi)十多個(gè)品種，第一類(lèi)是高純度實(shí)驗(yàn)級(jí)樹(shù)枝狀大分子，主要用于科研及生物醫(yī)療，成功銷(xiāo)往清華、北大、復(fù)旦等100多所高校和醫(yī)療公司；第二類(lèi)是工業(yè)級(jí)樹(shù)枝狀聚合物助劑產(chǎn)品，主要應(yīng)用于塑料、膠黏劑、涂料、水處理等工業(yè)領(lǐng)域作高性能添加劑使用，銷(xiāo)往包括諸多上市公司在內(nèi)的200多家企業(yè)客戶(hù)；第三類(lèi)是樹(shù)枝狀改性的下游產(chǎn)品，包括樹(shù)枝狀改性3D打印材料、可降解材料、膠黏劑等，已與國(guó)內(nèi)多家行業(yè)龍頭企業(yè)形成戰(zhàn)略合作。目前，晨源分子主要專(zhuān)注于以樹(shù)枝狀聚合物為核心組分的各種助劑以及復(fù)合材料的研發(fā)與應(yīng)用。百余家高校科研機(jī)構(gòu)及公司購(gòu)買(mǎi)晨源分子的PAMAM | Nanyang Technological University | Baylor College of Medicine | Commonwealth Scientific and Industrial Research organization | DUROMER PRODUCTS PTY LTD | University of Lodz | University of Utah | 北京大學(xué) | 北京大學(xué)口腔醫(yī)院 | 北京大學(xué)醫(yī)學(xué)院 | 清華大學(xué) | 中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所 | 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所 | 中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所 | 中國(guó)科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所 | 中國(guó)科學(xué)院新疆理化技術(shù)研究所 | 第二軍醫(yī)大學(xué) | 二醫(yī)大長(zhǎng)海醫(yī)院 | 復(fù)旦大學(xué) | 復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院 | 華東理工大學(xué) | 解放軍九八醫(yī)院 | 南開(kāi)大學(xué) | 安徽師范大學(xué) | 北京蛋白質(zhì)組研究中心 | 北京海融科技有限公司 | 北京航空航天大學(xué) | 北京化工大學(xué) | 北京科學(xué)院藥植所 | 北京理工大學(xué) | 北京林業(yè)大學(xué) | 北京師范大學(xué) | 北京藥用植物研究所 | 北京中醫(yī)藥大學(xué) | 常州割總納米材料有限公司 | 常州天震生物科技有限公司 | 大連化物所 | 東華大學(xué) | 東南大學(xué) | 福州大學(xué) | 廣東工業(yè)大學(xué) | 廣東中山大學(xué) | 廣西醫(yī)科大學(xué) | 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 | 哈爾濱工業(yè)大學(xué) | 合肥工業(yè)大學(xué) | 河北大學(xué) | 赫利森(廈門(mén))生物科技有限公司 | 黑龍江農(nóng)科院 | 湖北工業(yè)大學(xué) | 湖南大學(xué) | 華南師范大學(xué) | 華中科技大學(xué) | 華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院 | 吉林大學(xué) | 暨南大學(xué) | 江蘇大學(xué) | 南昌大學(xué) | 南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院 | 南京大學(xué) | 南京理工大學(xué) | 山東大學(xué) | 陜西科技大學(xué) | 上海化學(xué)試劑研究所有限公司 | 上海交通大學(xué) | 上海師范大學(xué) | 上海中醫(yī)藥大學(xué) | 深圳市化試科技有限公司 | 沈陽(yáng)藥科大學(xué) | 石河子大學(xué) | 四川大學(xué) | 四川大學(xué)華西口腔醫(yī)學(xué)院 | 蘇州科技學(xué)院 | 泰安醫(yī)學(xué)院 | 天津大學(xué) | 天津工業(yè)大學(xué) | 天津科技大學(xué) | 同濟(jì)大學(xué) | 西安交通大學(xué) | 西南大學(xué) | 西南林業(yè)大學(xué) | 西南石油大學(xué) | 新疆大學(xué) | 煙臺(tái)大學(xué) | 意大利 RADICI | 長(zhǎng)春應(yīng)化所 | 浙江大學(xué) | 浙江工業(yè)大學(xué) | 浙江農(nóng)學(xué)院 | 浙江中醫(yī)藥大學(xué) | 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) | 北京化工大學(xué) | 華南理工大學(xué) | 中國(guó)石油大學(xué)華東 | 中國(guó)石油大學(xué)(北京) | 中國(guó)藥科大學(xué) | 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 | 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院生物醫(yī)用工程研究所 | 中山大學(xué) | 重慶醫(yī)科大學(xué) | 武漢大學(xué) | 同濟(jì)大學(xué)醫(yī)學(xué)院 | 華南農(nóng)業(yè)大學(xué) | 中南大學(xué) | 中科院廣州化學(xué)有限公司 |
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