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PVC配方设计知识

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2018/12/24 16:29

  纯的聚氯乙烯(PVC)树脂属于一类强极性聚合物,其分子间作用力较大,从而导致了PVC软化温度和熔融温度较高,一般需要160~210℃才能加工。另外PVC分子内含有的取代氯基容易导致PVC树脂脱氯化氢反应,从而引起PVC的降解反应,所以PVC对热极不稳定,温度升高会大大促进PVC脱HCL反应,纯PVC在120℃时就开始脱HCL反应,从而导致了PVC降解。鉴于上述两个方面的缺陷,VC在加工中需要加入助剂,以便能够制得各种满足人们需要的软、硬、透明、电绝缘良好、发泡等制品。在选择助剂的品种和用量时,必须全面考虑各方面的因素,如物理—化学性能、流动性能、成型性能,最终确立理想的配方。另外,根据不同的用途和加工途径,我们也需要对树脂的型号做出选择。不同型号的PVC树脂和各种助剂的配搭组合方式,就是我们常说的PVC配方设计了。那具体怎样进行具体的配方设计呢?下面将通过对各原辅料的选择加以阐述的方式加以说明,希望能对大家有所裨益。 

一、树脂的选择   

  工业上常用粘度或K值表示平均分子量(或平均聚合度)。树脂的分子量和制品的物理机械性能有关。分子量越高,制品的拉伸强度、冲击强度、弹性模量越高,但树脂熔体的流动性与可塑性下降。同时,合成工艺不同,导致了树脂的形态也有差异,我们常见的是悬浮法生产的疏松型树脂,俗称SG树脂,其组织疏松,表面形状不规则,断面输送多孔呈网状。因此,SG型树脂吸收增塑剂快,塑化速度快。悬浮法树脂的主要用途见下表。乳液法树脂宜作PVC糊,生产人造革。 悬浮法PVC树脂型号及主要用途 型号级别主要用途 SG1一级A高级电绝缘材料 SG2一级A电绝缘材料、薄膜 一级B、二级一般软制品 SG3一级A电绝缘材料、农用薄膜、人造革表面膜 一级B、二级全塑凉鞋 SG4一级A工业和民用薄膜 一级B、二级软管、人造革、高强度管材 SG5一级A透明制品 一级B、二级硬管、硬片、单丝、导管、型材 SG6一级A唱片、透明片 一级B、二级硬板、焊条、纤维 SGG7一级A瓶子、透明片 一级B、二级硬质注塑管件、过氯乙烯树脂 

二、增塑剂体系   

  增塑剂的加入,可以降低PVC分子链间的作用力,使PVC塑料的玻璃化温度、流动温度与所含微晶的熔点均降低,增塑剂可提高树脂的可塑性,使制品柔软、耐低温性能好。   增塑剂在10份以下时对机械强度的影响不明显,当加5份左右的增塑剂时,机械强度反而最高,是所谓反增塑现象。一般认为,反增塑现象是加入少量增塑剂后,大分子链活动能力增大,使分子有序化产生微晶的效应。加少量的增塑剂的硬制品,其冲击强度反而比没有加时小,但加大到一定剂量后,其冲击强度就随用量的增大而增大,满足普适规律了。此外,增加增塑剂,制品的耐热性和耐腐蚀性均有下降,每增加一份增塑剂,马丁耐热下降2~3。 因此,一般硬制品不加增塑剂或少加增塑剂。有时为了提高加工流动性才加入几份增塑剂。而软制品则需要加入大量的增塑剂,增塑剂量越大,制品就越柔软。 增塑剂的种类有邻苯二甲酸酯类、直链酯类、环氧类、磷酸酯类等,就其综合性能看,DOP是一个较好的品种,可用于各种PVC制品配方中,直链酯类如DOS属耐寒增塑剂,长用于农膜中,它与PVC相容性不好,一般以不超过8份为宜,环氧类增塑剂除耐寒性好以外,还具有耐热、耐光性,尤其与金属皂类稳定剂并用时有协同效应,环氧增塑剂一般用量为3~5份。电线、电缆制品需具有阻燃性,且应选用电性能相对优良的增塑剂。PVC本身具有阻燃性,但经增塑后的软制品大多易燃,为使软PVC制品具有阻燃性,应加入阻燃增塑剂如磷酸酯及氯化石蜡,这两类增塑剂的电性能也较其他增塑剂优良,但随增塑剂用量增加,电性能总体呈下降趋势。对用于无毒用途的PVC制品,应采用无毒增塑剂如环氧大豆油等。至于增塑剂总量,应根据对制品的柔软程度要求及用途、工艺及使用环境不同而不同。一般压延工艺生产PVC薄膜,增塑剂总用量在50份左右。吹塑薄膜略低些,一般在45~50份。 

  PVC增塑剂大多以邻苯二甲酸二辛酯(DOP)为主,有时为降低成本,常添加白油、氯化石蜡、大豆油等辅助助剂。 影响增塑剂增速效率与其本身化学结构有很大关系,主要表现为:

 (1)增塑剂的分子量相同情况下,分子内极性基团多或环状结构多的增塑剂,其增塑效率差。

 (2)酯类增塑剂中,其烷基链长度增加,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)增塑剂的增塑效率还与增塑剂粘度有关,同系列增塑剂的等效用量随粘度上升而增加。 

  白油:无色透明油状液体,没有气味。0.831~0.883,闪点(开式)164~223℃,运动黏度(50℃)5.7~26mm2/s,酸值≤0.05。对酸、光、热均稳定,不溶于乙醇,溶于乙醚、苯、石油醚等,并可与多数脂肪油互溶。为液体类烃类的混合物,主要成分为C16~C31的正异构烷烃(饱和的环烷烃与链烷烃)混合物,依据黏度等性质的不同,白油产品分为7#、11#、15#、18#、24#、48#、64#、100#等多种型号。白油无色、无味、化学惰性、光安定性能好,基本组成为饱和烃结构,芳香烃、含氮、氧、硫等物质近似于零。由于这种超级的精制深度,在实际制造工艺中,难以对重质馏份实施,所以白油的分子量通常都在250-450范围之内。 

  白油属于外润滑剂,如果使用量过大会造成制品塑化不好,甚至不塑化,制品很容易变脆。 

  氯化石蜡是石蜡烃的氯化衍生物,具有低挥发性、阻燃、电绝缘性良好、价廉等优点,可用作阻燃剂和聚氯乙烯助增塑剂。广泛用于生产电缆料、地板料、软管、人造革、橡胶等制品。以及应用于涂料、润滑油等的添加剂。

  氯化石蜡42#为淡黄色粘稠液体。凝固点-30℃,相对密度1.16(25/25℃),不溶于水,溶于有机溶剂和各种矿物油中。

  氯化石蜡增塑效率较低易析出,使用过多会降低制品韧性,且氯化石蜡黏度较大。但氯化石蜡价格较低,添加氯化石蜡作为助增塑剂能降低成本。

  环氧大豆油:在常温下为浅黄色黏稠油状液体,分子式C57H106O10,分子量约为1000,流动点-3℃,沸点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),溶于烃类、酮类、酯类、高级醇等有机溶剂,微溶于乙醇。本品是一种使用最广泛的聚氯乙烯无毒增塑剂兼稳定剂。与PVC树脂相容性好,挥发性低、迁移性小。具有优良的热稳定性和光稳定性,耐水性和耐油性亦佳,可赋予制品良好的机械强度、耐候性及电性能,且无毒性,是国际认可的用于食品包装材料的化学工艺助剂。本品可用于所有的聚氯乙烯制品。

 三、稳定剂体系 

  PVC在高温下加工,极易放出HCL,形成不稳定的聚烯结构。同时,HCL具有自催化作用,会使PVC进一步降解。另外,如果有氧存在或有铁、铝、锌、锡、铜和镉等离子存在,都会对PVC降解起催化作用,加速其老化。因此塑料将出现各种不良现象,如变色、变形、龟裂、机械强度下降、电绝缘性能下降、发脆等。为了解决这些问题,配方中必须加入稳定剂,尤其热稳定剂更是必不可少。PVC用的稳定剂包括热稳定剂、抗氧剂、紫外线吸收剂和螯合剂。配方设计时根据制品使用要求和加工工艺要求选用不同品种,不同数量的稳定剂。

  (一)热稳定剂   

  热稳定剂必须能够捕捉PVC树脂放出的具有自催化作用的HCL,或是能够与PVC树脂产生的不稳定聚烯结构起加成反映,以阻止或减轻PVC树脂的分解。一般在配方中选用的热稳定剂的特点、功能与制品的要求来考虑。例如:   铅盐稳定剂主要用在硬制品中。铅盐类稳定剂具有热稳定剂好、电性能优异,价廉等特点。但是其毒性较大,易污染制品,只能生产不透明制品。近年来复合稳定剂大量出现,单组分的稳定剂已有被取代的危险。复合稳定剂的特点是专用性强,污染小,加工企业配料简便等优点。但由于无统一的标准,所以各家的复合稳定剂差异很大。   

  钡镉类稳定剂是性能较好的一类热稳定剂。在PVC农膜中使用较广。通常是钡镉锌和有机亚磷酸酯及抗氧剂并用。   

  钙锌类稳定剂可作为无毒稳定剂,用在食品包装与医疗器械、药品包装,但其稳定性相对教低,钙类稳定剂用量大时透明度差,易喷霜。钙锌类稳定剂一般多用多元醇和抗氧剂来提高其性能,最近已经国内已经有用于硬质管材的钙锌复合稳定剂出现。深圳市森德利塑料助剂有限公司成功开发出CZX系列无毒钙锌稳定剂,能够满足硬质管材及管件的生产,并在联塑等管材生产厂家(转载于:wWw.xIeLw.com写论文网:)批量使用。   

  有机锡类热稳定剂性能较好,是用于PVC硬制品与透明制品的较好品种,尤其辛基锡几乎成为无毒包装制品不可缺少的稳定剂,但其价格较贵。  

  环氧类稳定剂通常作为辅助稳定剂。这类稳定剂与钡镉钙锌类稳定剂并用时能提高光与热的稳定性,其缺点是易渗出。作辅助稳定剂的还有多元醇,有机亚磷酸酯类能。 

  近年来还出现了稀土类稳定剂和水滑石系稳定剂,稀土类稳定剂主要特点是加工性能优良,而水滑石则是无毒稳定剂。

  (二)抗氧剂 

  PVC制品在加工使用过程中,因受热、紫外线的作用发生氧化,其氧化降解与产生游离基有关。主抗氧剂是链断裂终止剂或称游离基消除剂。其主要作用是与游离基结合,形成稳定的化合物,使连锁反应终止,PVC用主抗氧剂一般是双酚A。还有辅助抗氧剂或过氧化氢 分解剂,PVC辅助抗氧剂为亚磷酸三苯酯与亚磷酸苯二异辛酯。主辅抗氧剂并用可发挥协同作用。 

  (三)紫外线吸收剂 

  在户外使用的PVC制品,因受到它敏感波长范围的紫外线照射,PVC分子成激发态,或其化学键被破坏,引起游离基链式反应,促使PVC降解与老化。为了提高抗紫外线的能力,常加入紫外线吸收剂。PVC常用的紫外线吸收剂有三嗪-5、UV-9、UV-326、TBS、BAD、OBS。三嗪-5效果最好,但因呈黄色使薄膜略带黄色,加入少量酞菁蓝可以改善。在PVC农膜中常用UV-9,一般用量0.2~0.5份。属水杨酸类的TBS、BAD与OBS作用温和,与抗氧剂配合使用,会得到很好的耐老化效果。对于非透明制品,一般通过添加遮光的金红石型钛白粉来改善耐候性,这时如果再添加紫外线吸收剂,则需要很大用量,不十分合算。

 (四)螯合剂 

  在PVC塑料稳定体系中,常加入的亚磷酸酯类不仅是辅助抗氧剂,而且也起螯合剂的作用。它能与促使PVC脱HCL的有害金属离子生成金属络和物。常用的亚磷酸酯类有亚磷酸三苯酯、亚磷酸苯二异辛酯与亚磷酸二苯辛酯。在PVC农膜中,一般用量为0.5~1份,单独用时初期易着色,热稳定性也不好,一般与金属皂类并用 四、润滑剂   润滑剂的作用在于减少聚合物和设备之间的摩擦力,以及聚合物分子链之间的内摩擦。前者称为外润滑作用,后者称为内润滑作用。具有外润滑作用的如硅油、石蜡等,具有内润滑作用的如单甘酯,硬脂醇及酯类等。至于金属皂类,则二者兼有。另外需要说明的是,内外润滑的说法只是我们的一种习惯称谓,并没有明显的界限,有些润滑剂在不同的条件起不同的作用,如硬脂酸,在低温或少量的时候,能起内润滑作用,但当温度升高或用量增加时,它的外润滑作用就逐渐占优势了,还有一个特例是硬脂酸钙,它单独使用时作外润滑剂,但当它和硬铅及石蜡等并用时就成了促进塑化的内润滑剂了。

  在硬质PVC塑料中,润滑剂过量会导致强度降低,也影响工艺操作。对于注射制品会产生脱皮现象,尤其是在浇口附近会产生剥层现象。对注射制品,硬脂酸和石蜡总用量一般为0.5~1份:挤出制品一般不超过1份。   在软制品配方中,润滑剂用量太多,会起霜并影响制品的强度及高频焊接和印刷性。而润滑剂太少则会粘辊,对吹塑薄膜而言,润滑剂太少会粘住口模,易使塑料在模内焦化。同时,为了改善吹膜的发粘现象,宜加入少量的内润滑剂单甘酯。生产PVC软制品时,润滑剂加入量一般小于1份。 五、加工助剂ACR   PVC加工助剂ACR是丙烯酸酯类共聚物的简称,因为成本原因还引入苯乙烯等原料,也统称ACR。因为用量少效果明显被誉为PVC行业的”味精“按照分类方式不同,类别不同。

  按照原料不同可以分为:丙烯酸酯类和苯乙烯类,近几年还出一种醋酸" style="word-wrap: break-word;">纯的聚氯乙烯(PVC)树脂属于一类强极性聚合物,其分子间作用力较大,从而导致了PVC软化温度和熔融温....