聚氯乙烯热稳定剂概述 聚氯乙烯(PVC)是主要通用塑料之一,PVC有许多优点,
聚氯乙烯(PVC)是主要通用塑料之一,PVC有许多优点,但其热稳定性较差。提高PVC热稳定性的方法有两种,一是生产时优化聚合干燥工艺条件,减少PVC分子中的不正常结构,增加其内在的热稳定性,此法在技术上和经济上存在一定局限性;另一种是在PVC加工时添加一类专用助剂--热稳定剂。它作为PVC加工的助剂,具有优异的性能,因而得以广泛应用,并随着PVC工业的发展而发展。 一、作用机理及选择要求
一、作用机理及选择要求 一般讲PVC对化学作用不太敏感,但对温度等热能作用则比较
一般讲PVC对化学作用不太敏感,但对温度等热能作用则比较敏感,PVC在遇到热力作用时会分解释放氯化氢,从而影响PVC制品的光泽和物理性能。PVC的热稳定剂,就是要抑制PVC中氯化氢脱除形成双键或多键现象的发生,保证PVC产品质量。跟PVC热降解问题一样,PVC热稳定的机理同样是十分复杂的,而所有稳定剂都有共同特点,即都能吸收PVC热降解脱出的氯化氢。 在PVC产品加工过程中,对热稳定剂的选择也因加工条件不同
在PVC产品加工过程中,对热稳定剂的选择也因加工条件不同有所区别,但均有如下一般要①求: ①鉴于PVC易降解的特点,要求稳定剂具有使PVC不分解或
①鉴于PVC易降解的特点,要求稳定剂具有使PVC不分解或阻缓其降解速度,延长制品寿命的特点; ②要有不易放出所吸收的氯化氢的特点,或与氯化氢反应后,其
②要有不易放出所吸收的氯化氢的特点,或与氯化氢反应后,其生成物不致影响制品的性能和使用; ③应当易于与PVC相混合而无析出现象;
③应当易于与PVC相混合而无析出现象; ④作为一种添加剂,本身应与其他助剂无化学反应,不变色,不
④作为一种添加剂,本身应与其他助剂无化学反应,不变色,不影响制品的耐久性、耐水性及电绝缘性; ⑤若稳定剂为固体,则颗粒越细越好,并且颗粒分布要均匀。若
⑤若稳定剂为固体,则颗粒越细越好,并且颗粒分布要均匀。若用于透明制品和无毒制品还应无色,透明和无毒、无臭; ⑥应具有价格低廉、用量少、不影响加工性能等特点。
⑥应具有价格低廉、用量少、不影响加工性能等特点。 用于生产PVC稳定剂的元素,例如锡和铅的化合物,ⅡA族元
用于生产PVC稳定剂的元素,例如锡和铅的化合物,ⅡA族元素化合物(镁、钙、锶和钡)与ⅡB族元素(锌镉)化合物的复合物。另外,还有一些与金属主稳定剂配合作为助稳定剂使用的有机稳定剂。常用的稳定剂包括:铅类、锡类、复合金属类、稀土类、非金属类等。目前,还没有一种稳定剂能同时满足PVC加工的各种指标要求,在实际生产中,一般都同时使用几种稳定剂,通过协同作用获得比单独使用一种稳定剂更佳、更全面的效果。 二、品种简介
二、品种简介 PVC稳定剂目前在国外研究应用比较多,就品种而言估计在万
PVC稳定剂目前在国外研究应用比较多,就品种而言估计在万种以上,仅有机锡类就有1000多类。以前国内PVC 热稳定剂研究比较少,这几年随PVC行业的迅猛发展,其热稳定剂也呈上升趋势。目前国内主要PVC热稳定剂有盐基性铅盐类包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸、二盐基硬脂酸铅、二盐基邻苯二甲酸铅。金属皂类包括硬脂酸镉、硬脂酸钡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸铅。有机锡类包括马来酸二丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二正辛基锡、双(硫化甘醇酸异辛酯)二正辛基锡。复合稳定剂包括液体有机钙、锌复合物、液体有机钡、锌复合物、液体有机钡、镉、锌复合物。 总体来讲,其品种与国外相比,还是较少,特别是产品档次及应
总体来讲,其品种与国外相比,还是较少,特别是产品档次及应用层方面,还远远不能适应国内不断发展的PVC生产加工要求。目前,在国内,一些比较高档的PVC制品所用热稳定剂还主要依赖进口产品。 1.铅稳定剂
1.铅稳定剂 铅盐是开发最早、产量最大的稳定剂种类,早在30年代铅白即
铅盐是开发最早、产量最大的稳定剂种类,早在30年代铅白即被用作PVC的稳定剂,目前在日本,铅稳定剂需求量仍占需求总量的50%以上,在西欧,则占60%以上。这是由于铅稳定剂具有出色的费效比和良好的综合性能。一般来讲,每个良好的铅稳定剂体系除了铅盐和铅皂外,还包括酚类抗氧剂、多元醇以及内/外润滑剂。 铅稳定剂具有如下优点:
铅稳定剂具有如下优点: ①卓越的热稳定性能,价格便宜;
①卓越的热稳定性能,价格便宜; ②极好介电性能,加工时及加工后产品质量稳定;
②极好介电性能,加工时及加工后产品质量稳定; ③脂肪酸铅盐还具有良好润滑性等。
③脂肪酸铅盐还具有良好润滑性等。 正因为如此,铅盐可应用于加工条件荷刻的硬质、管材、异型材
正因为如此,铅盐可应用于加工条件荷刻的硬质、管材、异型材配方和软质配方中,在电绝缘性能要求较高的电缆配方中,铅盐类稳定剂应用广泛。一般讲,铅稳定剂主要用于挤出和注射成型,但较少用于压延。 由于铅盐有毒,且不能制得透明产品,尽管其用量还处于第一位,
由于铅盐有毒,且不能制得透明产品,尽管其用量还处于第一位,但正在呈下降趋势,逐渐为其他稳定剂所替代。 2.镉类稳定剂
2.镉类稳定剂 镉类稳定剂是金属皂中性能最佳的一类,它有良好的热稳定剂;
镉类稳定剂是金属皂中性能最佳的一类,它有良好的热稳定剂;无初期着色,可制得无色透明制品;优良的光稳定性,与PVC相容性好;可有效防止加工时的结垢,并有较好润滑性。 但是,镉类稳定剂的毒性比较大,西方许多国家在其许多应用领
但是,镉类稳定剂的毒性比较大,西方许多国家在其许多应用领域加以明确限制,应用明显减少。此外,同铅盐稳定剂一样,镉类稳定剂存在硫化着色现象。 3.锡类稳定剂
3.锡类稳定剂 锡类稳定剂是PVC最佳热稳定剂之一,商品化的锡稳定剂都是
锡类稳定剂是PVC最佳热稳定剂之一,商品化的锡稳定剂都是四价锡的衍生物,它可分为含硫化合物和无硫化合物两大类。有机锡化合物按普遍机理对PVC起稳定作用,效率是其烷基长度的函数:甲基>正丁基>正辛基,其毒性也是如此。 锡类稳定剂有出色热稳定性和耐光耐候性;适用于高透明制品,
锡类稳定剂有出色热稳定性和耐光耐候性;适用于高透明制品,与PVC相容性好;耐硫且不吸水。但锡类稳定剂价格较高,无自润滑性,有含硫等产品有不适气味等缺点。 4.金属复合稳定剂
4.金属复合稳定剂 此类稳定剂是基于元素周期表ⅡA族元素与ⅡB族元素化合物的
此类稳定剂是基于元素周期表ⅡA族元素与ⅡB族元素化合物的复合,即羧酸锌或镉与羧酸镁、钙、锶或钡的复合。锌类稳定剂对PVC热稳定性极差,但其初期着色性优良,可提高耐候性及防积垢效果好,基本无毒;钙和钡类作PVC稳定剂使用时,加工易产生初期着色,易结垢,但两者都具有良好的热稳定性,其脂肪酸盐有良好的润滑性等。通过双方复合,由于金属复合稳定剂产生了协同效应,可以相互弥补不足,获得性能优良的稳定效果。这种复合稳定剂有液体和固体两大类。 液体金属复合稳定剂在PVC混配料中具有良好分散和溶解性,
液体金属复合稳定剂在PVC混配料中具有良好分散和溶解性,不易析出;制品透明性、耐候性好,不影响加工生产条件。 固体金属复合稳定剂与其他稳定体系相容,没有硫污染。润滑性
固体金属复合稳定剂与其他稳定体系相容,没有硫污染。润滑性能优良,不降低硬质PVC的热软化点。 5.稀土稳定剂
5.稀土稳定剂 稀土在我国储量丰富,占全世界的80%以上,它在塑料加工中
稀土在我国储量丰富,占全世界的80%以上,它在塑料加工中可赋予PVC优异的热稳定性。稀土稳定剂是指镧系稀土元素(如镧、铕、铈等)的有机复合物,例如稀土的羰酸盐、脂肪酸盐、月桂酸盐、烷醇酯基硬脂酸盐等。国外在70年代已有研究,国内80年代末期开始开发,90年代初在北京、山东、江苏、河北等形成一定批量生产能力。 稀土稳定剂价格比较低廉,效费比高;透明性、耐候性好,贮存
稀土稳定剂价格比较低廉,效费比高;透明性、耐候性好,贮存也很稳定。 6.有机助稳定剂
6.有机助稳定剂 有机助稳定剂单独使用无任何稳定作用,然而与金属复合稳定剂
有机助稳定剂单独使用无任何稳定作用,然而与金属复合稳定剂配合使用能够发挥协同效应。 下列产品属于有机助稳定剂:环氧增塑剂、有机亚磷酸盐、多元
下列产品属于有机助稳定剂:环氧增塑剂、有机亚磷酸盐、多元醇、二酮、含氮化合物、含硫化合物、酚类抗氧剂。 按用量来说,环氧增塑剂是最重要的助稳定剂,主要是环氧化大
按用量来说,环氧增塑剂是最重要的助稳定剂,主要是环氧化大豆油、亚麻籽油或环氧化油酸酯等天然植物油,它具有显著助稳定效果和增塑效果,费效比较高,它的加入能大大降低主稳定剂用量,值得注意的是它对有机锡和铅盐无助稳定作用。 有机亚磷盐是烷基、芳基、烷芳基等有机基团通过氧桥与三价磷
有机亚磷盐是烷基、芳基、烷芳基等有机基团通过氧桥与三价磷形成的化合物。它可改善透明性和光稳定性,并改善PVC的加工性能,无毒,具抗氧化能力,耐析出。液体有机亚磷盐的加入还能降低体系粘度。其用量一般为主稳定剂的1/3~1/5。 大多数多元醇产品易溶于水,与PVC分散性及相容性差,一般
大多数多元醇产品易溶于水,与PVC分散性及相容性差,一般只用于固体稳定体系。 二酮:硬脂炔基苯甲酰基甲烷是二酮中最有代表性的产品,它通
二酮:硬脂炔基苯甲酰基甲烷是二酮中最有代表性的产品,它通过配位能力使氯化锌和氯化钙钝化,能够取代不稳定的氯原子,改善早期变色和色牢度,一般用量在0.1~0.2份。 用作有机辅助稳定剂的含氮化合物主要有β-氨基巴豆酸酯、α
用作有机辅助稳定剂的含氮化合物主要有β-氨基巴豆酸酯、α-苯基吲哚、二苯硫脲等,它与金属皂并用时,有效改善初期着色。 大部分含硫化合物对于防止初期着色和提高长期稳定性有一定效
大部分含硫化合物对于防止初期着色和提高长期稳定性有一定效果。 酚类助稳定剂一般用作预稳定剂,特点是能消除自由基,用量一
酚类助稳定剂一般用作预稳定剂,特点是能消除自由基,用量一般在0.1~0.5份。 总之,选择PVC热稳定剂要考虑以下几点:热稳定效率;协同
总之,选择PVC热稳定剂要考虑以下几点:热稳定效率;协同效应与不相容性;毒性。 目前,热稳定剂的研究及开发已主要可采用复合包装,以提高经
目前,热稳定剂的研究及开发已主要可采用复合包装,以提高经济性、效能性;采用自然资源,以提高其环保性;采用固体包装,以提高其操作性;采用化学复合,以提高其功能性;采用化学改性,以提高其功效性。
