PVC樹脂由于聚合中的分散劑的不同可分為疏松型(XS)和緊密型(Ⅺ)兩種。疏松型粒徑為0.1—0.2mm,表面不規(guī)則,多孔,呈棉花球狀,易吸收增塑劑,緊密型粒徑為0.1mm以下,表面規(guī)則,實(shí)心,呈乒乓球狀,不易吸收增塑劑,目前使用疏松型的較多。
PVC又可分為普通級(jí)(有毒PVC)和衛(wèi)生級(jí)’ (無毒PVC)。衛(wèi)生級(jí)要求氯乙烯(VC)含量低于lOXl0-6,可用于食品及醫(yī)學(xué)。合成工藝不同,PVC又可分為懸浮法PVC和乳液法PVC。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5761-93《懸浮法通用型聚氯乙烯樹脂檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,懸浮法PVC分為PVC-SGl到PVC-SG8Jk種樹脂,其中數(shù)字越小,聚合度越大,分子量也越大,強(qiáng)度越高,但熔融流動(dòng)越困難,加工也越困難。具體選擇時(shí),做軟制品時(shí),一般使用PVC-SGl、PVC-SG2、PVC-SG3型,需要加人大量增塑劑。例如聚氯乙烯膜使用SG-2樹脂,加入50~80份的增塑劑。而加工硬制品時(shí),一般不加或很少量加入增塑劑,所以用PVC-SG4、VC-SG5、
PVC-SG6、PVC-SG7、PVC-SG8型。如PVC硬管材使用SG-4樹脂、塑料門窗型材使用SG-5樹脂,硬質(zhì)透明片使用SG-6樹脂、硬質(zhì)發(fā)泡型材使用SG-7、SG-8樹脂。而乳液法PVC糊主要用于人造革、壁紙及地板革和蘸塑制品等。一些PVC樹脂廠家出廠的PVC樹脂按聚合度(聚合度是單元鏈節(jié)的個(gè)數(shù),聚合度乘以鏈節(jié)分子量等于聚合物分子量)分類,如山東齊魯石化總廠生產(chǎn)的PVC樹脂,出廠的產(chǎn)品為SK-700;SK-800;SK—1000;SK—1100;SK-1200等。其SG-5樹脂對(duì)應(yīng)的聚合度為1000—1100。PVC樹脂的物化性能見第四篇。
PVC粉末為一種白色粉末,密度在1.35—1.45g/cm3之間,表觀密度在0.4-0.5g/cm3。視增塑劑含量大小可為軟、硬制品,一般增塑劑含量0-5份為硬制品,5-25份為半硬制品,大于25份為軟制品。
PVC是一種非結(jié)晶、極性的高分子聚合物,軟化溫度和熔融溫度較高,純PVC一般須在160—210~C時(shí)才可塑化加工,由于大分子之間的極性鍵使PVC顯示出硬而脆的性能。而且,PVC分子內(nèi)含有氯的基團(tuán),當(dāng)溫度達(dá)到120~C時(shí),純PVC即開始出現(xiàn)脫HCl反應(yīng),會(huì)導(dǎo)致PVC熱降解。因此,在加工時(shí)須加入各種助劑對(duì)PVC進(jìn)行加工改性和沖擊改性,使之可以加工成為有用的產(chǎn)品。
PVC樹脂主要用于生產(chǎn)各類薄膜(如日用印花膜、工業(yè)包裝膜、農(nóng)用大棚膜及熱收縮膜等)、各類板、片材(其片材可用于吸塑制品),各類管材(如無毒上水管、建筑穿線管、透明軟管等)、各類異型材(如門、窗、裝飾板),中空吹瓶(用于化妝品及飲料),電纜、各類注塑制品及人造革、地板革、搪塑玩具等。各種PVC穩(wěn)定劑物化性能見表1(轉(zhuǎn)下一頁)
穩(wěn)定劑
純的PVC樹脂對(duì)熱極為敏感,當(dāng)加熱溫度達(dá)到90Y:以上時(shí),就會(huì)發(fā)生輕微的熱分解反應(yīng),當(dāng)溫度升到120C后分解反應(yīng)加劇,在150C,10分鐘,PVC樹脂就由原來的白色逐步變?yōu)辄S色—紅色—棕色—黑色。PVC樹脂分解過程是由于脫HCL反應(yīng)引起的一系列連鎖反應(yīng),后導(dǎo)致大分子鏈斷裂。防止PVC熱分解的熱穩(wěn)定機(jī)理是通過如下幾方面來實(shí)現(xiàn)的。
通過捕捉PVC熱分解產(chǎn)生的HCl,防止HCl的催化降解作用。
鉛鹽類主要按此機(jī)理作用 ,此外還有金屬皂類、有機(jī)錫類、亞磷酸脂類及環(huán)氧類等。
·置換活潑的烯丙基氯原子。金屬皂類、亞磷酸脂類和有機(jī)錫類可按此機(jī)理作用。
·與自由基反應(yīng),終止自由基的反應(yīng)。有機(jī)錫類和亞磷酸脂按此機(jī)理作用。
·與共扼雙鍵加成作用,抑制共扼鏈的增長(zhǎng)。
有機(jī)錫類與環(huán)氧類按此機(jī)理作用。
·分解過氧化物,減少自由基的數(shù)目。有機(jī)錫和亞磷酸脂按此機(jī)理作用。
·鈍化有催化脫HCl作用的金屬離子。
同一種穩(wěn)定劑可按幾種不同的機(jī)理實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定目的。
常用穩(wěn)定劑品種:
1、鉛鹽類
鉛鹽類是PVC常用的熱穩(wěn)定劑,也是十分有效的熱穩(wěn)定劑,其用量可占PVC熱穩(wěn)定劑的
70%以上。
鉛鹽類穩(wěn)定劑的優(yōu)點(diǎn):熱穩(wěn)定性優(yōu)良,具有長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性,電氣絕緣性能優(yōu)良,耐候性好,價(jià)格低。
鉛鹽類穩(wěn)定劑的缺點(diǎn):分散性差、毒性大、有初期著色性,難以得到透明制品,也難以得到鮮明色彩的制品,缺乏潤(rùn)滑性,易產(chǎn)生硫污染。
常用的鉛鹽類穩(wěn)定劑有:
(1)三鹽基鉛
分子式為3PbO.PbSO.H20,代號(hào)為TLS,簡(jiǎn)稱三鹽,白色粉末,密度6.4g/cm’。三鹽基鉛是常用的穩(wěn)定劑品種,一般與二鹽亞磷酸鉛一起并用,因無潤(rùn)滑性而需配人潤(rùn)滑劑。主要用于PVC硬質(zhì)不透明制品中,用量一般2~7份。
(2)二鹽基亞磷酸鉛
分子式為2PbO.PbHPO3.H2O,代號(hào)為DL,簡(jiǎn)稱二鹽,白色粉末,密度為6.1g/cm3。二鹽基亞磷酸鉛的熱穩(wěn)定性稍低于三鹽基鉛,但耐候性能好于三鹽基鉛。二鹽基亞磷酸鉛常與三鹽基鉛并用,用量一般為三鹽基鉛的1/2。
(3)二鹽基硬脂酸鉛
代號(hào)為DLS,不如三鹽基鉛、二鹽基亞磷酸鉛常用,具有潤(rùn)滑性。常與三鹽基鉛、二鹽基亞磷酸鉛并用,用量為0.5—1.5份。
2、金屬皂類
為用量?jī)H次于鉛鹽的第二大類主穩(wěn)定劑,其熱穩(wěn)定性雖不如鉛鹽類,但兼具潤(rùn)滑性。金屬皂類可以是脂肪酸(月桂酸、硬脂酸、環(huán)烷酸等)的金屬(鉛、鋇、鎘、鋅、鈣等)鹽,其中以硬脂酸鹽為常用,其活潑性大小順序?yàn)椋篫n鹽?Cd鹽?Pb鹽?Ca鹽7.Ba鹽。金屬皂類一般不單獨(dú)使用,常常為金屬皂類之間或與鉛鹽及有機(jī)錫等并用。除Gd、Pb外都無毒,除Pb、Ca外都透明,無硫化污染,因而廣泛用于軟質(zhì)PVC中,如無毒類、透明類制品等。
常用的金屬鹽類穩(wěn)定劑有:
(1)硬脂酸鋅(ZnSt),無毒且透明,用量大后,易引起“鋅燒”制品變黑,常與Ba、Ca皂并用。
(2)硬脂酸鎘(CdSt),為一重要的透明穩(wěn)定劑品種,毒性較大,不耐硫化污染,抑制初期變色能力大,常與Ba皂并用。
(3)硬脂酸鉛(PbSt),熱穩(wěn)定性好,可兼做潤(rùn)滑劑。缺點(diǎn)為易析出,透明差,有毒且硫化污染嚴(yán)重,常與Ba、Cd皂并用。
(4)硬脂酸鈣(CaSt),加工性能好、熱穩(wěn)定能力較低,無硫化污染,無毒,常與Zn皂并用。
(5)硬脂酸鋇(BaSt),無毒,長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性好,抗硫化污染,透明,常與Pb、Ca皂并用。復(fù)合品種常用的有:Ca/Zn(無毒、透明)、Ba/Zn(無毒、透明)、Ba/Cd(有毒、透明)及Ba/Cd/Zn。
3、有機(jī)錫類
有機(jī)錫類為熱穩(wěn)定劑中有效的,在透明和無毒制品中應(yīng)用廣泛的一類,其突出優(yōu)點(diǎn)為:熱穩(wěn)定性好,透明性好,大多數(shù)無毒。缺點(diǎn)為價(jià)格高,無潤(rùn)滑性。
有機(jī)錫類大部分為液體,只有少數(shù)為固體??梢詥为?dú)使用,也常與金屬皂類并用。
有機(jī)錫類熱穩(wěn)定劑主要包括含硫有機(jī)錫和有機(jī)錫羧酸鹽兩類。
(1)含硫有機(jī)錫類:
主要為硫醇有機(jī)錫和有機(jī)錫硫化物類穩(wěn)定劑,與Pb、Cd皂并用會(huì)產(chǎn)生硫污。含硫有機(jī)錫類透明性好。主要品種有:
a、二巰基異辛酯二正辛基錫(DOTTG),外觀為淡黃色液體,熱穩(wěn)定性及透明性極好,無毒,加入量低于2份。
b、二甲基二巰基異辛酯錫(DMTFG),外觀為淡黃澄清液體,為無毒、高效、透明穩(wěn)定劑,常用于扭結(jié)膜及透明膜中。
(2)有機(jī)錫羧酸鹽:
穩(wěn)定性不如含硫有機(jī)錫,但無硫污染,主要包括脂肪酸錫鹽和馬來酸錫鹽。主要品種有:
a、二月桂酸二正丁基錫(DBTL)淡黃色液體或半固體,潤(rùn)滑性優(yōu)良,透明性好,但有毒,常與Cd皂并用,用量1-2份;與馬來酸錫及硫醇錫并用,用量0。5—1份。
b、二月桂酸二正辛基錫(DOTL),有毒且價(jià)高,潤(rùn)滑性優(yōu)良,常用于硬PVC中,用量小于1.5份。c、馬來酸二正丁基錫(DBTM),白色粉末,有毒,無潤(rùn)滑性,常與月桂酸錫并用,不可與金屬皂類并用于透明制品中。
4、有機(jī)銻類
具有優(yōu)秀的初期色相和色相保持性,尤其是在低用量時(shí),熱穩(wěn)定性優(yōu)于有機(jī)錫類,特別適于用雙螺桿擠出機(jī)的PVC配方使用。
有機(jī)銻類主要包括硫醇銻鹽類、巰基酯硫醇銻類、巰基羧酸酯銻類及羧酸酯銻類等。國(guó)內(nèi)的銻穩(wěn)定劑主要以三巰基異辛酯銻(ST)和以ST為主要成分的復(fù)合穩(wěn)定劑STH—I和STH-Ⅱ兩種為主。五硫醇銻為透明液體,可用作透明片、薄膜、透明粒料的熱穩(wěn)定劑。STH-I可以代替京錫C-102,可抑制PVC的初期著色,熱穩(wěn)定性好,制品透明,顏色鮮艷,STH—Ⅱ無毒,主要用于PVC水管等。
5、稀土穩(wěn)定劑
選材多為稀土氧化物和稀土氯化物為主,其氧化物和氯化物多為鑭、鈰、鐠、釹等輕稀土元素的單一體或混合體。
稀土元素有著相似且異常活潑的化學(xué)性質(zhì),有著眾多的軌道可作為中心離子接受配位體的孤對(duì)電子,同時(shí)稀土金屬離子有較大的離子半徑,與無機(jī)或有機(jī)配位體主要通過靜電引力形成離子配鍵,作為絡(luò)合物的中心原子,常以d2SP3、d4dP3、f3d5Ssp3等多種雜化形式形成配位數(shù)為6—12的絡(luò)合物。
稀土元素優(yōu)良的力學(xué)性能及其分組原理都與稀土元素的幾何性質(zhì)有關(guān)。因?yàn)樵雍碗x子的半徑是決定晶體的構(gòu)型、硬度、密度和熔點(diǎn)等物理性質(zhì)的重要因素,在常溫、常壓條件下,稀土金屬鑭、鐠、釹呈雙六方晶體結(jié)構(gòu),而鈰呈立方晶體密集(面心)結(jié)構(gòu),當(dāng)溫度、壓力變化時(shí),多數(shù)稀土金屬發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。由于鑭系收縮,鑭系元素的原子半徑、原子體積隨原子序數(shù)增加而減小,密度隨原子序數(shù)增加而增加,但鈰與鑭、鐠、釹相比,有異?,F(xiàn)象。
在鑭、鈰、鐠、釹中,鑭的化學(xué)性質(zhì)是活潑,但三價(jià)鑭與C1只能生成RECl正絡(luò)合物,而且此絡(luò)合物不穩(wěn)定,而鈰、鐠這些高價(jià)的稀土離子與Cl生成絡(luò)合物的能力比三價(jià)的鑭要強(qiáng),它們與Cl配體能生成穩(wěn)定的負(fù)絡(luò)離子,因此,在稀土熱穩(wěn)定劑的選材上要綜合鑭、鈰、鐠、釹的各自優(yōu)點(diǎn),在不同的應(yīng)用范圍,用其高純單一體、混合體或合理搭配。
稀土離子為典型的硬陽離子,即不易極化變形的離子,它們與金屬硬堿的配位原子,如氧的絡(luò)合能力很強(qiáng)。稀土化合物對(duì)CaC03的偶聯(lián)作用,由于稀土離子和PVC鏈的氯離子之間存在強(qiáng)配位相互作用,有利于剪切力的傳遞從而使稀土化合物能有效地加速PVC的凝膠化,即可促進(jìn)PVC塑化,又可起到加工助劑ACR的作用。同時(shí),稀土金屬離子與CPE中的C1配位,可使CPE更加發(fā)揮其增韌改性的作用。這些效能發(fā)揮的充分與否、平衡與否,與稀土復(fù)合物中的復(fù)配助劑有著相當(dāng)大的關(guān)系,復(fù)合物中的潤(rùn)滑體系、加工改性體系都至關(guān)重要,因此復(fù)配工藝的好壞直接影響著稀土多功能復(fù)合穩(wěn)定劑的效能。性能優(yōu)良的稀土穩(wěn)定劑應(yīng)具有以下功能:
(1)優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能
靜態(tài)動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定性,均與京錫8831相當(dāng),好于鉛鹽及金屬皂類,是鉛鹽的三倍及Ba/Zn復(fù)合穩(wěn)定劑的4倍。可復(fù)配成為無毒、透明的,還可部分代替有機(jī)錫類穩(wěn)定劑而廣泛應(yīng)用。稀土穩(wěn)定劑的作用機(jī)理為捕捉HCl和置換烯丙基氯原子,與環(huán)氧類的輔助穩(wěn)定劑具有較好的協(xié)同作用。
(2)偶聯(lián)作用
具有優(yōu)良的偶聯(lián)作用,與鉛鹽相比,與PVC有很好的相容作用,對(duì)于PVC-CaCO,體系偶聯(lián)作用較好,有利于PVC塑料門窗異型材強(qiáng)度的提高。用稀土穩(wěn)定劑加工的PVC型材的焊角強(qiáng)度比鉛鹽穩(wěn)定劑的PVC型材焊角強(qiáng)度要高,原料價(jià)格也高一些。
(3)增韌作用
與PVC樹脂和增韌劑CPE的良好的相容性以及與CaCO3,的偶聯(lián)作用,使PVC樹脂在加工中塑化均勻,塑化溫度低,型材的耐沖擊性能較好。
稀土穩(wěn)定劑無潤(rùn)滑作用,應(yīng)與潤(rùn)滑劑一起加入, 目前我國(guó)生產(chǎn)的稀土復(fù)合穩(wěn)定劑是將稀土、熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑復(fù)配而成的,加入量一般為4-6份。
6、復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑
鉛鹽穩(wěn)定劑價(jià)格低廉,熱穩(wěn)定性好,一直被廣泛使用,但鉛鹽的粉末細(xì)小,配料和混合中,其粉塵被人吸入會(huì)造成鉛中毒,為此,科技人員又研究出一種新型的復(fù)合鉛鹽熱穩(wěn)定劑。這種復(fù)合助劑采用了共生反應(yīng)技術(shù)將三鹽、二鹽和金屬皂在反應(yīng)體系內(nèi)以初生態(tài)的晶粒尺寸和各種潤(rùn)滑劑進(jìn)行混合,以保證熱穩(wěn)定劑在PVC體系中的充分分散,同時(shí)由于與潤(rùn)滑劑共熔融形成顆粒狀,也避免了因鉛粉塵造成的中毒。復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑包容了加工所需要的熱穩(wěn)定劑組份和潤(rùn)滑劑組份,被稱作為全包裝熱穩(wěn)定劑。它具有以下的優(yōu)點(diǎn):
(1)復(fù)合熱穩(wěn)定劑的各種組份在其生產(chǎn)過程中可得到充分混合,大幅度改善了與樹脂混合分散的均勻性。
(2)配方混合時(shí),簡(jiǎn)化了計(jì)量次數(shù),減少了計(jì)量差錯(cuò)的概率及由此所帶來的損失。
(3)簡(jiǎn)便了輔料的供應(yīng)和貯備,有利于生產(chǎn)、質(zhì)量管理。
(4)提供了無塵生產(chǎn)產(chǎn)品的可能性,改善了生產(chǎn)條件。
總之,復(fù)合熱穩(wěn)定劑有利于規(guī)模生產(chǎn),為鉛鹽熱穩(wěn)定劑的發(fā)展提供了新的方向。復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑一個(gè)重要指標(biāo)是鉛的含量,目前所生產(chǎn)的復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑含鉛量一般為20%-60%;在PVC塑料門窗型材生產(chǎn)上的用量為3.5—6份。表2是一些PVC型材生產(chǎn)用的復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑的牌號(hào)和用量。
Dabco NE1060/Non-emissive polyurethane catalyst
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