PVC潤滑劑的內外潤滑性
潤滑劑是PVC加工中必不可少的助劑。青島賽諾是專業的助劑顏料生產商,多年從事潤滑分散體系的產品研發生產,聚乙烯蠟、氧化聚乙烯蠟等產品已經達到了國內先進水平,在國內具有很高的知名度。在PVC中添加適量潤滑劑,可以降低PVC熔融前粒子之間和PVC熔體中大分子間的相互摩擦;降低PVC熔體與塑料機械接觸面之間的相互摩擦。適量潤滑劑可改善PVC熔體流動性,提高生產效率,并防止摩擦生熱而引起PVC降解,提高制品外觀質量。
按功能可分為外潤滑劑和內潤滑劑。外潤滑劑與PVC相容性較差,易從樹脂熔體內部遷移至表面,形成潤滑劑界面層,從而降低PVC熔融前粒子之間和PVC熔體與塑料機械接觸面之間的相互摩擦。內潤滑劑含有極性基團,與PVC有較好的相容性,能減少PVC分子間作用力,降低熔體粘度,改善熔融流動性。
內外潤滑劑之分只是相對而言,并無嚴格劃分標準。在極性不同的樹脂中,內外潤滑劑的作用有可能發生變化。例如硬脂酸醇、硬脂酸胺、硬脂酸丁酯及硬脂酸單甘油酯對極性樹脂(如PVC及PA)而言,起內潤滑作用,但對于非極性樹脂(如PE、PP)而言,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中用作外潤滑劑,而在PE、PP等非極性樹脂中則為內潤滑劑。在不同加工溫度下,內、外潤滑劑的作用會發生變化,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,當溫度升高后,與PVC相容性增大,則轉變為內潤滑劑作用。
常用潤滑劑的內外潤滑作用比例如下
潤滑劑 |
內潤滑比例,% |
外潤滑比例,% |
脂肪醇 |
100 |
0 |
脂肪酸酯 |
100 |
0 |
CaSt |
100 |
0 |
PbSt |
50 |
50 |
亞乙基雙硬脂酰胺 |
80 |
20 |
硬脂酸 |
20 |
80 |
煤酸酯 |
50 |
50 |
石蠟 |
0 |
100 |
PE蠟(輕度氧化) |
20 |
80 |
PE蠟(未氧化) |
20 |
80 |
潤滑劑品種較多。通常用兩種或兩種以上潤滑劑組成PVC潤滑體系,以降低其向制品表面遷移能力;改善潤滑劑分散性,使內外潤滑劑作用平衡。
常用潤滑劑品種
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。
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)。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。
金屬皂類既是優良的熱穩定劑,又是一種潤滑劑,內外潤滑作用兼有,不同品種側重稍有不同 。常用的金屬皂類用于潤滑劑時加入量如下:
PbSt
CaSt
BaSt
脂肪族酰胺包括單脂肪酸酰胺和雙脂肪酰胺兩大類,單脂肪酰胺主要呈內潤滑作用,主要品種有硬脂酸酰胺、芥酸酰胺、蓖麻油酸酰胺等;雙脂肪酸酰胺主要呈外潤滑作用,主要品種有N,N’-亞乙基雙硬脂酰胺、N,N’-亞乙基蓖麻醇酸酰胺等。
脂肪酸類主要有(1) 硬脂酸,是僅次于金屬皂類而廣泛應用的潤滑劑,在PVC中用量少時,起內潤滑作用;用量大時,起外潤滑作用。一般硬脂酸的加入量低于0.5份。(2)羥基硬脂酸,與PVC相容性好,顯示內潤滑作用,但熱穩定性差。
脂肪酸酯類主要有(1)硬脂酸丁酯,外觀為無色或淡黃色油狀液體,在PVC中以內潤滑為主兼具有外潤滑作用,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優良內潤滑劑,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,經漂白等工序制成的后序產品。漂白蠟有S蠟和L蠟,酯化蠟有E蠟和EG蠟,皂化蠟有O蠟和OP蠟。主要用于硬PVC,用量0.1~0.3份。
脂肪醇類主要有(1)硬脂醇,外觀為白色細珠狀物,起內潤滑作用,透明好。在PVC中用量0.2~0.5份。(2)季戊四醇,PVC高溫潤滑劑,用量0.2~0.5份。
隨著PVC制品的擴大應用,對塑料助劑的衛生性、透明性、加工性等提出了嚴格要求,從而促進了新型潤滑劑的開發應用。其中,酯類潤滑劑發展較快,用量比例不斷上升,德國Henkel公司Loxiol G系列潤滑劑中,既有硬脂酸十八烷醇酯(G30)、油酸單甘油酯(G10)、蓖麻油酸單甘油酯(G11),還有硬脂酸單甘油酯(GMS)。二元羧酸高級醇酯,例如己二酸雙(十八烷醇)酯已作為優良內潤滑劑使用。脂肪酸與多元醇的齊聚復合酯分子量較大,耐抽出,不噴霜。兼具內外潤滑性,是發展方向和開發重點,其代表性產品有Henkel公司的G70、G70S、G71、G72、G74等。二十世紀80年代中期以來,我國塑料助劑科研單位成功的開發了多種復合酯類潤滑劑,已生產和應用的主要品種有LC-1、LC-2、LC-4、LC-6、LC-7、RH-60、WH-70、RW-100、ZB-16、ZB-74、H-16、H-74等。在此基礎上又進一步開發了PVC用多功能協效復配型助劑(例如復合型熱穩定劑/潤滑劑等)。
國產酯類潤滑劑部分品種及其性能
牌號 |
國外商品相應名稱 |
成分 |
性能指標 |
適用范圍 |
LC-1 |
[日]共同株式會社LS40A2 |
脂肪酸皂和一元醇為主體的復合物 |
白色(或淺黃色)片狀。酸值:<1mgKOH/g。凝固點61~630C。無毒。 |
兼具內外潤滑作用,初、中、后期潤滑作用良好。無噴霜現象。適用于硬PVC透明板(片)材 |
LC-2 |
Henkel公司G70S |
脂肪族多元酸與多元醇的齊聚物 |
白色(或淺黃色)片狀。相對密度0.90~0.92。酸值:<2.5mgKOH/g。凝固點50~560C。無毒。 |
兼具內外潤滑作用。有良好的脫模效果。適用于無毒PVC吹塑成型制品、收縮膜、透明板(片)材 |
LC-4 |
Henkel公司GH4 |
脂肪族多元醇酯為主體的復合物 |
白色粉末或片狀,酸值:<2mgKOH/g。凝固點60~650C。無毒。 |
內潤滑劑。可使PVC制品具有較高透明性與表面光澤度。主要用于PVC無毒透明瓶、收縮膜、片材等 |
LC-6 |
Henkel公司G60 |
飽和脂肪醇多元羧酸酯 |
白色片狀。酸值:<5mgKOH/g。熔點38~420C。無毒。 |
內潤滑劑。適用于軟質和硬質PVC制品,例如透明片材、板材、異型材及收縮膜等 |
LC-7 |
Henkel公司G16 |
不飽和脂肪酸甘油酯 |
黃色透明液體。相對密度0.85~0.95。折光率1.4400~1.5200。酸值:<5mgKOH/g。凝固點00C以下。無毒。 |
內潤滑劑。適用于無毒透明片材。150C以下放置有沉淀,搖勻后不影響使用 |
值得注意的是,在較多的復合熱穩定劑中已加入潤滑劑。PVC制品生產中,應按復合型熱穩定劑產品說明書及參考配方合理使用。如無特殊工藝要求,一般不再另加潤滑劑,以免出現“過潤滑”等不良情況。
在硬質PVC塑料中,潤滑劑過量會導致強度降低,也影響工藝操作。對于注射制品會產生脫皮現象,尤其是在澆口附近會產生剝層現象。對注射制品,硬脂酸和石蠟總用量一般為0.5~1份:擠出制品一般不超過1份。
在軟制品配方中,潤滑劑用量太多,會起霜并影響制品的強度及高頻焊接和印刷性。而潤滑劑太少則會粘輥,對吹塑薄膜而言,潤滑劑太少會粘住口模,易使塑料在模內焦化。同時,為了改善吹膜的發粘現象,宜加入少量的內潤滑劑單甘酯。生產PVC軟制品時,潤滑劑加入量一般小于1份。
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