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純的聚氯乙烯(PVC)樹脂屬于一類強(qiáng)極性聚合物,其分子間作用力較大,從而導(dǎo)致了PVC軟化溫度和熔融溫度較高,一般需要160~210℃才能加工。了解PVC塑料,PVC分子內(nèi)含有的取代氯基容易導(dǎo)致PVC樹脂脫氯化氫反應(yīng),從而引起PVC的降解反應(yīng),所以PVC對熱極不穩(wěn)定,溫度升高會大大促進(jìn)PVC脫HCL反應(yīng),純PVC在120℃時就開始脫HCL反應(yīng),從而導(dǎo)致了PVC降解。鑒于上述兩個方面的缺陷, PVC在加工中需要加入助劑,以便能夠制得各種滿足人們需要的軟、硬、透明、電絕緣良好、發(fā)泡等制品。在選擇助劑的品種和用量時,必須全面考慮各方面的因素,如物理—化學(xué)性能、流動性能、成型性能,最終確立理想的配方。
一、 樹脂的選擇
工業(yè)上常用粘度或K值表示平均分子量(或平均聚合度)。樹脂的分子量和制品的物理機(jī)械性能有關(guān)。分子量越高,制品的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彈性模量越高,但樹脂熔體的流動性與可塑性下降。同時,合成工藝不同,導(dǎo)致了樹脂的形態(tài)也有差異,我們常見的是懸浮法生產(chǎn)的疏松型樹脂,俗稱SG樹脂,其組織疏松,表面形狀不規(guī)則,斷面輸送多孔呈網(wǎng)狀。因此,SG型樹脂吸收增塑劑快,塑化速度快。懸浮法樹脂的主要用途見下表。乳液法樹脂宜作PVC糊,生產(chǎn)人造革。
懸浮法PVC樹脂型號及主要用途
型號 級別 主要用途
SG1 一級A 高級電絕緣材料
SG2 一級A 電絕緣材料、薄膜
一級B、二級 一般軟制品
SG3 一級A 電絕緣材料、農(nóng)用薄膜、人造革表面膜
一級B、二級 全塑涼鞋
SG4 一級A 工業(yè)和民用薄膜
一級B、二級 軟管、人造革、高強(qiáng)度管材
SG5 一級A 透明制品
一級B、二級 硬管、硬片、單絲、導(dǎo)管、型材
SG6 一級A 唱片、透明片
一級B、二級 硬板、焊條、纖維
SGG7 一級A 瓶子、透明片
一級B、二級 硬質(zhì)注塑管件、過氯乙烯樹脂
二、增塑劑體系
增塑劑的加入,可以降低PVC分子鏈間的作用力,使PVC塑料的玻璃化溫度、流動溫度與所含微晶的熔點均降低,增塑劑可提高樹脂的可塑性,使制品柔軟、耐低溫性能好。
增塑劑在10份以下時對機(jī)械強(qiáng)度的影響不明顯,當(dāng)加5份左右的增塑劑時,機(jī)械強(qiáng)度反而最高,是所謂反增塑現(xiàn)象。一般認(rèn)為,反增塑現(xiàn)象是加入少量增塑劑后,大分子鏈活動能力增大,使分子有序化產(chǎn)生微晶的效應(yīng)。加少量的增塑劑的硬制品,其沖擊強(qiáng)度反而比沒有加時小,但加大到一定劑量后,其沖擊強(qiáng)度就隨用量的增大而增大,滿足普適規(guī)律了。此外,增加增塑劑,制品的耐熱性和耐腐蝕性均有下降,每增加一份增塑劑,馬丁耐熱下降2~3。因此,一般硬制品不加增塑劑或少加增塑劑。有時為了提高加工流動性才加入幾份增塑劑。 而軟制品則需要加入大量的增塑劑,增塑劑量越大,制品就越柔軟。
增塑劑的種類有鄰苯二甲酸酯類、直鏈酯類、環(huán)氧類、磷酸酯類等,就其綜合性能看,DOP是一個較好的品種,可用于各種PVC制品中,直鏈酯類如DOS屬耐寒增塑劑,長用于農(nóng)膜中,它與PVC相容性不好,一般以不超過8份為宜,環(huán)氧類增塑劑除耐寒性好以外,還具有耐熱、耐光性,尤其與金屬皂類穩(wěn)定劑并用時有協(xié)同效應(yīng),環(huán)氧增塑劑一般用量為3~5份。電線、電纜制品需具有阻燃性,且應(yīng)選用電性能相對優(yōu)良的增塑劑。PVC本身具有阻燃性,但經(jīng)增塑后的軟制品大多易燃,為使軟PVC制品具有阻燃性,應(yīng)加入阻燃增塑劑如磷酸酯及氯化石蠟,這兩類增塑劑的電性能也較其他增塑劑優(yōu)良,但隨增塑劑用量增加,電性能總體呈下降趨勢。對用于無毒用途的PVC制品,應(yīng)采用無毒增塑劑如環(huán)氧大豆油等。至于增塑劑總量,應(yīng)根據(jù)對制品的柔軟程度要求及用途、工藝及使用環(huán)境不同而不同。一般壓延工藝生產(chǎn)PVC薄膜,增塑劑總用量在50份左右。吹塑薄膜略低些,一般在45~50份。
三、穩(wěn)定劑體系
PVC在高溫下加工,極易放出HCL,形成不穩(wěn)定的聚烯結(jié)構(gòu)。同時,HCL具有自催化作用,會使PVC進(jìn)一步降解。另外,如果有氧存在或有鐵、鋁、鋅、錫、銅和鎘等離子存在,都會對PVC降解起催化作用,加速其老化。因此塑料將出現(xiàn)各種不良現(xiàn)象,如變色、變形、龜裂、機(jī)械強(qiáng)度下降、電絕緣性能下降、發(fā)脆等。為了解決這些問題,配方中必須加入穩(wěn)定劑,尤其熱穩(wěn)定劑更是必不可少。PVC用的穩(wěn)定劑包括熱穩(wěn)定劑、抗氧劑、紫外線吸收劑和螯合劑。配方設(shè)計時根據(jù)制品使用要求和加工工藝要求選用不同品種,不同數(shù)量的穩(wěn)定劑。
潤滑劑
潤滑劑的作用在于減少聚合物和設(shè)備之間的摩擦力,以及聚合物分子鏈之間的內(nèi)摩擦。前者稱為外潤滑作用,后者稱為內(nèi)潤滑作用。具有外潤滑作用的如硅油、石蠟等,具有內(nèi)潤滑作用的如單甘酯,硬脂醇及酯類等。至于金屬皂類,則二者兼有。另外需要說明的是,內(nèi)外潤滑的說法只是我們的一種習(xí)慣稱謂,并沒有明顯的界限,有些潤滑劑在不同的條件起不同的作用,如硬脂酸,在低溫或少量的時候,能起內(nèi)潤滑作用,但當(dāng)溫度升高或用量增加時,它的外潤滑作用就逐漸占優(yōu)勢了,還有一個特例是硬脂酸鈣,它單獨使用時作外潤滑劑,但當(dāng)它和硬鉛及石蠟等并用時就成了促進(jìn)塑化的內(nèi)潤滑劑了。