PVC塑料制品配方主要由PVC樹脂和助劑組成的,其中助劑按功能又分為:熱穩(wěn)定劑、潤滑劑、加工改性劑、沖擊改性劑、填充劑、耐老化劑、著色劑等。在設(shè)計PVC配方之前,首先應(yīng)了解PVC樹脂和各種助劑的性能。
PVC樹脂
生產(chǎn)PVC塑料型材的樹脂是聚氯乙烯樹脂(PVC),聚氯乙烯是由氯乙烯單體聚合而成的聚合物,產(chǎn)量僅次于PE,居第二位。
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(有毒PVC)和衛(wèi)生級’
(無毒PVC)。衛(wèi)生級要求氯乙烯(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)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5761-93《懸浮法通用型聚氯乙烯樹脂檢驗標(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,強度越高,但熔融流動越困難,加工也越困難。具體選擇時,做軟制品時,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,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,純PVC即開始出現(xiàn)脫HCl反應(yīng),會導(dǎo)致PVC熱降解。因此,在加工時須加入各種助劑對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。
穩(wěn)定劑
純的PVC樹脂對熱極為敏感,當(dāng)加熱溫度達(dá)到90Y:以上時,就會發(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),最后導(dǎo)致大分子鏈斷裂。防止PVC熱分解的熱穩(wěn)定機理是通過如下幾方面來實現(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,此外還有金屬皂類、有機錫類、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、亞磷酸脂類和有機錫類可按此機理作用。與自由基反應(yīng),終止自由基的反應(yīng)。與共扼雙鍵加成作用,抑制共扼鏈的增長。有機錫類與環(huán)氧類按此機理作用。.分解過氧化物,減少自由基的數(shù)目。鈍化有催化脫HCl作用的金屬離子。
潤滑劑
潤滑劑的作用是降低物料之間及物料和加工設(shè)備表面的摩擦力,從而降低熔體的流動阻力,降低熔體粘度,提高熔體的流動性,避免熔體與設(shè)備的粘附,提高制品表面的光潔度等。
根據(jù)不同成型方法,其潤滑作用側(cè)重不同:
壓延成型,防止熔料粘輥;
注射成型,提高流動,提高脫模性;
擠出成型,提高流動,提高口模分離性;
壓制及層壓成型,利于壓板與制品分離。
潤滑劑的分類:
.按潤滑劑成份分類,主要有飽和烴和鹵代烴類、脂肪酸類、脂肪酸酯類、脂肪族酯胺類、金屬皂類、脂肪醇和多元醇類等。
.按潤滑劑的作用分類,分為內(nèi),外潤滑劑。
其主要區(qū)分是依其與樹脂的相容性大小。內(nèi)潤滑劑與樹脂親和力大,其作用是降低分子間的作用力;外潤滑劑與樹脂的親和力小,其作用是降低樹脂與金屬表面之間的摩擦。
內(nèi)外潤滑劑之分只是相對而言,并無嚴(yán)格劃分標(biāo)準(zhǔn)。在極性不同的樹脂中,內(nèi)、外潤滑劑的作用有可能發(fā)生變化。例如硬脂酸醇、硬脂酸酰胺、硬脂酸丁酯及硬脂酸單甘油酯對極性樹脂(如PVC及PA)而言,起內(nèi)潤滑作用;但對于非極性樹脂(如PE、PP),則顯示外潤滑作用。相反,高分子石蠟等與極性樹脂相容性差,如在極性PVC中用做外潤滑劑,而在PE、PP等非極性樹脂中則為內(nèi)潤滑劑。
在不同加工溫度下,內(nèi)、外潤滑劑的作用也會發(fā)生變化,如硬脂酸和硬脂醇用于PVC壓延成型初期,由于加工溫度低,與PVC相容性差,主要起外潤滑作用;當(dāng)溫度升高后,與PVC相容性增大,則轉(zhuǎn)起內(nèi)潤滑劑作用。
按潤滑劑的組成可分為:飽和烴類、金屬皂類、脂肪族酰胺、脂肪酸類、脂肪酸酯類及脂肪醇類。
1、飽和烴類
飽和烴類按極性可分為非極性烴(如聚乙烯蠟和聚丙烯蠟)、極性烴(如氯化石蠟、氧化聚乙烯等)。飽和烴類按分子量大小可分為;液體石蠟(C16-C21)、固體石蠟(C26-C32)微晶石蠟(C32-C70)及低分子量聚乙烯(分子量1000—10000)等,主要用于PVC無毒外潤滑劑。
(1)液體石蠟:俗稱白油,為無色透明液體,可用作PVC的透明性外潤滑劑,用量為0.5份左右,用量大會嚴(yán)重影響焊角強度。
(2)固體石蠟,又稱為天然石蠟,白色固體,可用作pvc的外潤滑劑,用量為0.1—1.0份,用量太大會影響透明度。
(3)微晶石蠟,又稱為高熔點石蠟,外觀為白色或淡黃色固體,因結(jié)晶微細(xì)而稱為微晶石蠟。潤滑效果和熱穩(wěn)定性好于其他石蠟。在PVC中用量較小,一般為0.1-0.3份。
(4)低分子量聚乙烯,又稱聚乙烯蠟,外觀為白色或淡黃色固體粉末,透明性差,可用于PVC擠出和壓延加工外潤滑劑,用量一般為0.5份以下。
(5)氧化聚乙烯蠟,為聚乙烯蠟部分氧化產(chǎn)物,外觀為白色粉末。有優(yōu)良的內(nèi)、外潤滑作用,透明性好,價格低,用量在0.2-1.0份。
(6)氯化石蠟,與PVC相容性好,透明性差,與其他潤滑劑并用效果好,用量0.5份以下為宜。
2、金屬皂類
既是優(yōu)良的熱穩(wěn)定劑,又是一種潤滑劑,其內(nèi)、外潤滑作用兼有,不同品種側(cè)重稍有不同,潤滑性以硬脂酸鈣、硬脂酸鉛為最好。
3、脂肪族酸胺
包括單脂肪酸酰胺和雙脂肪酰胺兩大類,單脂肪酸胺主要呈內(nèi)潤滑作用,主要品種包括乙基雙硬脂酰胺、N,N.亞乙基雙蓖麻醇酸酰胺等。
4、脂肪酸類
用量少時,起內(nèi)潤滑作用;用量大時,起外潤滑作用。硬脂酸的加入量低于0.5份。
5、脂肪酸酯類
(1)硬脂酸丁酯,外觀為無色或淡黃色油狀液體,在PVC中以內(nèi)潤滑為主兼具外潤滑作用,用量0.5—1.5份。
(2)單硬脂酸甘油酯,代號GMS,外觀為白色蠟狀固體,為PVC優(yōu)良內(nèi)潤滑劑,對透明性影響小,加入量低于1.5份,可與硬脂酸并用。
(3)酯蠟和皂化蠟,主要指以褐煤蠟為主要原料、經(jīng)漂白等工序制成的后序產(chǎn)品。漂白蠟有S蠟和L蠟,皂化蠟有0蠟和OP蠟。主要用于HPVC,用量0.1-0.3份。
6、脂肪醇類
硬脂醇,外觀為白色細(xì)珠狀物,起內(nèi)潤滑作用,透明好,在PVC中用量0.2-0.5份。還可用于PS中。
加工改性助劑
1、加工助劑的作用原理
由于PVC熔體延展性差,易導(dǎo)致熔體破碎;PVC熔體松弛慢,易導(dǎo)致制品表面粗糙、無光澤及鯊魚皮等。因此,PVC加工時往往需要加人加工助劑,以改善其熔體上述缺陷。
加工助劑為可以改善樹脂加工性能的助劑,其主要作用方式有三種:促進(jìn)樹脂熔融、改善熔體流變性能及賦予潤滑功能。
.促進(jìn)樹脂熔融:PVC樹脂在加熱的狀態(tài)下,在一定的剪切力作用下熔化時,加工改性劑首先熔融并粘附在PVC樹脂微粒表面,它與樹脂的相容性和它的高分子量,使PVC粘度及摩擦增加,從而有效地將剪切應(yīng)力和熱傳遞給整個PVC樹脂,加速PVC熔融。
.改善熔體流變性能:PVC熔體具有強度差、延展性差及熔體破裂等缺點,而加工改性劑可改善熔體上述流變性。其作用機理為:增加PVC熔體的粘彈性,從而改善離模膨脹和提高熔體強度等。
.賦予潤滑性:加工改性劑與PVC相容部分首先熔融,起到促進(jìn)熔融作用;而與PVC不相容部分則向熔融樹脂體系外遷移,從而改善脫模性。
PVC加工改性助劑K-311是采用乳液聚合工藝制得丙烯酸類加工助劑,
能促進(jìn)促進(jìn)PVC在低溫下熔融,增強PVC熔融的內(nèi)聚力和均質(zhì)性,降低加工溫度。
賦予制品優(yōu)異的透明性,特別適合于高透明制品和高檔異型材。
改善PVC的流變性能,促進(jìn)PVC樹脂的塑化、熔融,提高制品的外觀質(zhì)量。
尤其適用于 PVC 高透明制品的加工成型。