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PVC用的穩定劑包含熱穩定劑、抗氧劑、紫外線吸收劑和螯合劑。配方設計時按照制品運用需求和加工工藝需求選擇區別品種,區別數量的穩定劑。
(一)熱穩定劑
熱穩定劑必須能夠捉捕PVC樹脂放出的擁有自催化功效的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。通常在配方中按照制品的需求來選擇熱穩定劑品種。例如:
鉛鹽穩定劑重點用在硬制品中。鉛鹽類穩定劑擁有熱穩定劑好、電性能優異,價廉等特點。然則其毒性很強,易污染制品,只能生產不透明制品。近年來復合穩定劑海量顯現,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。但因為無統一的標準,因此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農膜中運用較廣。一般是鋇鎘鋅和有機亞磷酸酯及抗氧劑并用。
鈣鋅類穩定劑可做為無毒穩定劑,用在食品包裝與醫療器械、藥物包裝,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。鈣鋅類穩定劑通常多用多元醇和抗氧劑來加強其性能,近期已然國內已然有用于硬質管材的鈣鋅復合穩定劑顯現。深圳市森德利塑料助劑有限機構成功研發出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批量運用。
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,尤其辛基錫幾乎作為無毒包裝制品不可缺少的穩定劑,但其價格較貴。
環氧類穩定劑一般做為輔助穩定劑。這類穩定劑與鋇鎘鈣鋅類穩定劑并用時能加強光與熱的穩定性,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。
近年來還顯現了稀土類穩定劑和水滑石系穩定劑,稀土類穩定劑重點特點是加工性能優良,而水滑石則是無毒穩定劑。
熱穩定劑的選擇原則
1. 硬質PVC配方中熱穩定劑的選擇
硬質PVC中增塑劑加入量少或不加,需求穩定劑的加入量相應增大,且穩定效果要好。
(1)不透明硬制品 常選擇的為三堿式硫酸鉛及二堿式亞磷酸鉛,兩者協同加入效果好,加入比例為2:1或1:1,總加入量為3~5份。
(2)透明硬制品 不消鉛鹽類,常選擇除Pb、Ca之外的金屬皂類及有機錫、有機銻和稀土穩定劑。其中金屬皂類加入量為3~4份,有機錫類為1~1.5份。
2. 軟質PVC及PVC糊制品配方中熱穩定劑的選擇
這類配方中增塑劑含量高,加工溫度低,可適當減少穩定劑的加入量。
(1)不透明軟制品 常選鉛鹽(1~2份)與金屬皂類(1~2份)協同加入。
(2)半透明軟制品 常選擇幾種金屬皂類并用,加入量2~3份。
(3)透明軟制品 常用有機錫類(0.5~1份)與金屬皂類(1~2份)協同加入。亦可用有機銻及稀土穩定劑代替有機錫。
3. 無毒PVC配方中熱穩定劑的選擇
(1)不宜選擇鉛鹽類穩定劑。
(2)除Pb、Cd皂外其它金屬皂類穩定劑可選擇。
(3)無毒有機錫類可選擇。
(4)有機銻和稀土類可選擇。
(5)輔助穩定劑中的環氧類無毒,能夠選擇。
4. 主穩定劑的協同功效
在一個PVC配方中,常常選擇幾個主穩定劑并用,由于區別主穩定劑之間有協同功效。
(1) 三堿式硫酸鉛與二堿式亞磷酸鉛有協同功效,兩者協同比例為2:1或1:1.
(2) 區別金屬皂之間有協同功效,金屬皂類熱穩定次序如下:Cd、Zn>Pb>Ba、Ca。
通常高熱穩定性金屬皂與低熱穩定性金屬皂類之間協同功效效果好,如Ca/Zn、Cd/Ba、Ba/Pb、Ba/Zn及Ba/Cd/Zn等復合穩定劑。
金屬皂類的協同運用最為常用,它們很少單獨運用。
(3) 金屬皂類與有機錫類之間有協同功效,在透明配方中兩者常常協同加入。
(4) 部分稀土類與有機硒類有協同功效,用稀土取代有機錫可降低成本。
5. 主、輔穩定劑的協同功效
(1)金屬皂類與環氧類
(2)金屬皂類與多元醇類
(3)金屬皂類與β-二酮化合物。
(4)部分稀土與環氧類
(5)金屬皂類與亞磷酸酯類。
6. 熱穩定劑與其它助劑的并用
有些穩定劑本身無潤滑功效,如鉛鹽、有機錫、有機銻及稀土類,配方中要另一加入潤滑劑。有些穩定劑本身有潤滑功效,如金屬皂類,配方中可不加或少加潤滑劑。
含硫有機錫類和有機銻類熱穩定劑不可與含Pb、Cd類穩定劑并用,兩者并用會出現硫污染。
(二)抗氧劑 PVC制品在加工運用過程中,因受熱、紫外線的功效出現氧化,其氧化降解與產生游離基相關。主抗氧劑是鏈斷裂終止劑或叫作游離基消除劑。其重點功效是與游離基結合,形成穩定的化合物,使連鎖反應終止,傳統PVC用主抗氧劑通常是雙酚A,但隨著環保需求雙酚有A已然逐步淘汰。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,亞磷酸苯二異辛酯,環保型亞磷酸三烷基酯。主輔抗氧劑并用可發揮協同功效。
(三)紫外線吸收劑在戶外運用的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,導致游離基鏈式反應,促進PVC降解與老化。為了加強抗紫外線的能力,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,加入少量酞菁藍能夠改善。在PVC農膜中常用UV-9,通常用量0.2~0.5份。屬水楊酸類的TBS、BAD與OBS功效溫和,與抗氧劑協同運用,會得到很好的耐老化效果。針對非透明制品,通常經過添加遮光的金紅石型鈦白粉來改善耐候性,此時倘若再添加紫外線吸收劑,則需要很大用量,不非常合算。
