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        PVC配方設計知識

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        2018/12/24 16:29

          純的聚氯乙烯(PVC)樹脂屬于一類強極性聚合物,其分子間作用力較大,從而導致了PVC軟化溫度和熔融溫度較高,一般需要160~210℃才能加工。另外PVC分子內含有的取代氯基容易導致PVC樹脂脫氯化氫反應,從而引起PVC的降解反應,所以PVC對熱極不穩定,溫度升高會大大促進PVC脫HCL反應,純PVC在120℃時就開始脫HCL反應,從而導致了PVC降解。鑒于上述兩個方面的缺陷,VC在加工中需要加入助劑,以便能夠制得各種滿足人們需要的軟、硬、透明、電絕緣良好、發泡等制品。在選擇助劑的品種和用量時,必須全面考慮各方面的因素,如物理—化學性能、流動性能、成型性能,最終確立理想的配方。另外,根據不同的用途和加工途徑,我們也需要對樹脂的型號做出選擇。不同型號的PVC樹脂和各種助劑的配搭組合方式,就是我們常說的PVC配方設計了。那具體怎樣進行具體的配方設計呢?下面將通過對各原輔料的選擇加以闡述的方式加以說明,希望能對大家有所裨益。 

        一、樹脂的選擇   

          工業上常用粘度或K值表示平均分子量(或平均聚合度)。樹脂的分子量和制品的物理機械性能有關。分子量越高,制品的拉伸強度、沖擊強度、彈性模量越高,但樹脂熔體的流動性與可塑性下降。同時,合成工藝不同,導致了樹脂的形態也有差異,我們常見的是懸浮法生產的疏松型樹脂,俗稱SG樹脂,其組織疏松,表面形狀不規則,斷面輸送多孔呈網狀。因此,SG型樹脂吸收增塑劑快,塑化速度快。懸浮法樹脂的主要用途見下表。乳液法樹脂宜作PVC糊,生產人造革。 懸浮法PVC樹脂型號及主要用途 型號級別主要用途 SG1一級A高級電絕緣材料 SG2一級A電絕緣材料、薄膜 一級B、二級一般軟制品 SG3一級A電絕緣材料、農用薄膜、人造革表面膜 一級B、二級全塑涼鞋 SG4一級A工業和民用薄膜 一級B、二級軟管、人造革、高強度管材 SG5一級A透明制品 一級B、二級硬管、硬片、單絲、導管、型材 SG6一級A唱片、透明片 一級B、二級硬板、焊條、纖維 SGG7一級A瓶子、透明片 一級B、二級硬質注塑管件、過氯乙烯樹脂 

        二、增塑劑體系   

          增塑劑的加入,可以降低PVC分子鏈間的作用力,使PVC塑料的玻璃化溫度、流動溫度與所含微晶的熔點均降低,增塑劑可提高樹脂的可塑性,使制品柔軟、耐低溫性能好。   增塑劑在10份以下時對機械強度的影響不明顯,當加5份左右的增塑劑時,機械強度反而最高,是所謂反增塑現象。一般認為,反增塑現象是加入少量增塑劑后,大分子鏈活動能力增大,使分子有序化產生微晶的效應。加少量的增塑劑的硬制品,其沖擊強度反而比沒有加時小,但加大到一定劑量后,其沖擊強度就隨用量的增大而增大,滿足普適規律了。此外,增加增塑劑,制品的耐熱性和耐腐蝕性均有下降,每增加一份增塑劑,馬丁耐熱下降2~3。 因此,一般硬制品不加增塑劑或少加增塑劑。有時為了提高加工流動性才加入幾份增塑劑。而軟制品則需要加入大量的增塑劑,增塑劑量越大,制品就越柔軟。 增塑劑的種類有鄰苯二甲酸酯類、直鏈酯類、環氧類、磷酸酯類等,就其綜合性能看,DOP是一個較好的品種,可用于各種PVC制品配方中,直鏈酯類如DOS屬耐寒增塑劑,長用于農膜中,它與PVC相容性不好,一般以不超過8份為宜,環氧類增塑劑除耐寒性好以外,還具有耐熱、耐光性,尤其與金屬皂類穩定劑并用時有協同效應,環氧增塑劑一般用量為3~5份。電線、電纜制品需具有阻燃性,且應選用電性能相對優良的增塑劑。PVC本身具有阻燃性,但經增塑后的軟制品大多易燃,為使軟PVC制品具有阻燃性,應加入阻燃增塑劑如磷酸酯及氯化石蠟,這兩類增塑劑的電性能也較其他增塑劑優良,但隨增塑劑用量增加,電性能總體呈下降趨勢。對用于無毒用途的PVC制品,應采用無毒增塑劑如環氧大豆油等。至于增塑劑總量,應根據對制品的柔軟程度要求及用途、工藝及使用環境不同而不同。一般壓延工藝生產PVC薄膜,增塑劑總用量在50份左右。吹塑薄膜略低些,一般在45~50份。 

          PVC增塑劑大多以鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)為主,有時為降低成本,常添加白油、氯化石蠟、大豆油等輔助助劑。 影響增塑劑增速效率與其本身化學結構有很大關系,主要表現為:

         (1)增塑劑的分子量相同情況下,分子內極性基團多或環狀結構多的增塑劑,其增塑效率差。

         (2)酯類增塑劑中,其烷基鏈長度增加,增塑效率降低。

         (3)在烷基或芳基引入氯取代基,增速效率降低。

         (4)增塑劑的增塑效率還與增塑劑粘度有關,同系列增塑劑的等效用量隨粘度上升而增加。 

          白油:無色透明油狀液體,沒有氣味。0.831~0.883,閃點(開式)164~223℃,運動黏度(50℃)5.7~26mm2/s,酸值≤0.05。對酸、光、熱均穩定,不溶于乙醇,溶于乙醚、苯、石油醚等,并可與多數脂肪油互溶。為液體類烴類的混合物,主要成分為C16~C31的正異構烷烴(飽和的環烷烴與鏈烷烴)混合物,依據黏度等性質的不同,白油產品分為7#、11#、15#、18#、24#、48#、64#、100#等多種型號。白油無色、無味、化學惰性、光安定性能好,基本組成為飽和烴結構,芳香烴、含氮、氧、硫等物質近似于零。由于這種超級的精制深度,在實際制造工藝中,難以對重質餾份實施,所以白油的分子量通常都在250-450范圍之內。 

          白油屬于外潤滑劑,如果使用量過大會造成制品塑化不好,甚至不塑化,制品很容易變脆。 

          氯化石蠟是石蠟烴的氯化衍生物,具有低揮發性、阻燃、電絕緣性良好、價廉等優點,可用作阻燃劑和聚氯乙烯助增塑劑。廣泛用于生產電纜料、地板料、軟管、人造革、橡膠等制品。以及應用于涂料、潤滑油等的添加劑。

          氯化石蠟42#為淡黃色粘稠液體。凝固點-30℃,相對密度1.16(25/25℃),不溶于水,溶于有機溶劑和各種礦物油中。

          氯化石蠟增塑效率較低易析出,使用過多會降低制品韌性,且氯化石蠟黏度較大。但氯化石蠟價格較低,添加氯化石蠟作為助增塑劑能降低成本。

          環氧大豆油:在常溫下為淺黃色黏稠油狀液體,分子式C57H106O10,分子量約為1000,流動點-3℃,沸點150℃(0.5Kpa),粘度325mpa.S,折光率1.473(25℃),在水中的溶解度<0.01(25℃),水在本品中的溶解度0.55%(25°C),溶于烴類、酮類、酯類、高級醇等有機溶劑,微溶于乙醇。本品是一種使用最廣泛的聚氯乙烯無毒增塑劑兼穩定劑。與PVC樹脂相容性好,揮發性低、遷移性小。具有優良的熱穩定性和光穩定性,耐水性和耐油性亦佳,可賦予制品良好的機械強度、耐候性及電性能,且無毒性,是國際認可的用于食品包裝材料的化學工藝助劑。本品可用于所有的聚氯乙烯制品。

         三、穩定劑體系 

          PVC在高溫下加工,極易放出HCL,形成不穩定的聚烯結構。同時,HCL具有自催化作用,會使PVC進一步降解。另外,如果有氧存在或有鐵、鋁、鋅、錫、銅和鎘等離子存在,都會對PVC降解起催化作用,加速其老化。因此塑料將出現各種不良現象,如變色、變形、龜裂、機械強度下降、電絕緣性能下降、發脆等。為了解決這些問題,配方中必須加入穩定劑,尤其熱穩定劑更是必不可少。PVC用的穩定劑包括熱穩定劑、抗氧劑、紫外線吸收劑和螯合劑。配方設計時根據制品使用要求和加工工藝要求選用不同品種,不同數量的穩定劑。

          (一)熱穩定劑   

          熱穩定劑必須能夠捕捉PVC樹脂放出的具有自催化作用的HCL,或是能夠與PVC樹脂產生的不穩定聚烯結構起加成反映,以阻止或減輕PVC樹脂的分解。一般在配方中選用的熱穩定劑的特點、功能與制品的要求來考慮。例如:   鉛鹽穩定劑主要用在硬制品中。鉛鹽類穩定劑具有熱穩定劑好、電性能優異,價廉等特點。但是其毒性較大,易污染制品,只能生產不透明制品。近年來復合穩定劑大量出現,單組分的穩定劑已有被取代的危險。復合穩定劑的特點是專用性強,污染小,加工企業配料簡便等優點。但由于無統一的標準,所以各家的復合穩定劑差異很大。   

          鋇鎘類穩定劑是性能較好的一類熱穩定劑。在PVC農膜中使用較廣。通常是鋇鎘鋅和有機亞磷酸酯及抗氧劑并用。   

          鈣鋅類穩定劑可作為無毒穩定劑,用在食品包裝與醫療器械、藥品包裝,但其穩定性相對教低,鈣類穩定劑用量大時透明度差,易噴霜。鈣鋅類穩定劑一般多用多元醇和抗氧劑來提高其性能,最近已經國內已經有用于硬質管材的鈣鋅復合穩定劑出現。深圳市森德利塑料助劑有限公司成功開發出CZX系列無毒鈣鋅穩定劑,能夠滿足硬質管材及管件的生產,并在聯塑等管材生產廠家(轉載于:wWw.xIeLw.com寫論文網:)批量使用。   

          有機錫類熱穩定劑性能較好,是用于PVC硬制品與透明制品的較好品種,尤其辛基錫幾乎成為無毒包裝制品不可缺少的穩定劑,但其價格較貴。  

          環氧類穩定劑通常作為輔助穩定劑。這類穩定劑與鋇鎘鈣鋅類穩定劑并用時能提高光與熱的穩定性,其缺點是易滲出。作輔助穩定劑的還有多元醇,有機亞磷酸酯類能。 

          近年來還出現了稀土類穩定劑和水滑石系穩定劑,稀土類穩定劑主要特點是加工性能優良,而水滑石則是無毒穩定劑。

          (二)抗氧劑 

          PVC制品在加工使用過程中,因受熱、紫外線的作用發生氧化,其氧化降解與產生游離基有關。主抗氧劑是鏈斷裂終止劑或稱游離基消除劑。其主要作用是與游離基結合,形成穩定的化合物,使連鎖反應終止,PVC用主抗氧劑一般是雙酚A。還有輔助抗氧劑或過氧化氫 分解劑,PVC輔助抗氧劑為亞磷酸三苯酯與亞磷酸苯二異辛酯。主輔抗氧劑并用可發揮協同作用。 

          (三)紫外線吸收劑 

          在戶外使用的PVC制品,因受到它敏感波長范圍的紫外線照射,PVC分子成激發態,或其化學鍵被破壞,引起游離基鏈式反應,促使PVC降解與老化。為了提高抗紫外線的能力,常加入紫外線吸收劑。PVC常用的紫外線吸收劑有三嗪-5、UV-9、UV-326、TBS、BAD、OBS。三嗪-5效果最好,但因呈黃色使薄膜略帶黃色,加入少量酞菁藍可以改善。在PVC農膜中常用UV-9,一般用量0.2~0.5份。屬水楊酸類的TBS、BAD與OBS作用溫和,與抗氧劑配合使用,會得到很好的耐老化效果。對于非透明制品,一般通過添加遮光的金紅石型鈦白粉來改善耐候性,這時如果再添加紫外線吸收劑,則需要很大用量,不十分合算。

         (四)螯合劑 

          在PVC塑料穩定體系中,常加入的亞磷酸酯類不僅是輔助抗氧劑,而且也起螯合劑的作用。它能與促使PVC脫HCL的有害金屬離子生成金屬絡和物。常用的亞磷酸酯類有亞磷酸三苯酯、亞磷酸苯二異辛酯與亞磷酸二苯辛酯。在PVC農膜中,一般用量為0.5~1份,單獨用時初期易著色,熱穩定性也不好,一般與金屬皂類并用 四、潤滑劑   潤滑劑的作用在于減少聚合物和設備之間的摩擦力,以及聚合物分子鏈之間的內摩擦。前者稱為外潤滑作用,后者稱為內潤滑作用。具有外潤滑作用的如硅油、石蠟等,具有內潤滑作用的如單甘酯,硬脂醇及酯類等。至于金屬皂類,則二者兼有。另外需要說明的是,內外潤滑的說法只是我們的一種習慣稱謂,并沒有明顯的界限,有些潤滑劑在不同的條件起不同的作用,如硬脂酸,在低溫或少量的時候,能起內潤滑作用,但當溫度升高或用量增加時,它的外潤滑作用就逐漸占優勢了,還有一個特例是硬脂酸鈣,它單獨使用時作外潤滑劑,但當它和硬鉛及石蠟等并用時就成了促進塑化的內潤滑劑了。

          在硬質PVC塑料中,潤滑劑過量會導致強度降低,也影響工藝操作。對于注射制品會產生脫皮現象,尤其是在澆口附近會產生剝層現象。對注射制品,硬脂酸和石蠟總用量一般為0.5~1份:擠出制品一般不超過1份。   在軟制品配方中,潤滑劑用量太多,會起霜并影響制品的強度及高頻焊接和印刷性。而潤滑劑太少則會粘輥,對吹塑薄膜而言,潤滑劑太少會粘住口模,易使塑料在模內焦化。同時,為了改善吹膜的發粘現象,宜加入少量的內潤滑劑單甘酯。生產PVC軟制品時,潤滑劑加入量一般小于1份。 五、加工助劑ACR   PVC加工助劑ACR是丙烯酸酯類共聚物的簡稱,因為成本原因還引入苯乙烯等原料,也統稱ACR。因為用量少效果明顯被譽為PVC行業的”味精“按照分類方式不同,類別不同。

          按照原料不同可以分為:丙烯酸酯類和苯乙烯類,近幾年還出一種醋酸" style="word-wrap: break-word;">純的聚氯乙烯(PVC)樹脂屬于一類強極性聚合物,其分子間作用力較大,從而導致了PVC軟化溫度和熔融溫....

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