【聚乙烯蠟】PVC制品潤滑有哪些原因(二)?
電負性及標準電極電位的影響。含鉛穩(wěn)定劑長期熱穩(wěn)定性好,能很好地保持PVC的色澤,抑制PVC形成共軛雙鍵,防止制品變色。具有初期熱穩(wěn)定作用的金屬皂,其金屬元素需右較強的配位能力,能取代不穩(wěn)定的氯原子,能抑制PVC變色,如含Zn、Cd元素的皂類。不同金屬原子或離子吸引電子的能力不同,決定了金屬皂在PVC中的穩(wěn)定作用。金屬原子的電負性越大或標準電極電位越高,該原子或?qū)慕饘匐x子吸引電子的能力越大,越容易與負電性大的元素形成絡合鍵中間體,繼而形成新的化合物。
表1列出了一些金屬元素的電負性及標準電極電位。
元素 |
Ba |
Ca |
Zn |
Cd |
Pb |
電負性 標準電極電位/V |
0.89 -2.90 |
1.00 -2.87 |
1.65 -0.763 |
1.69 -0.403 |
2.33 +0.83 |
表1 一些元素的電負性及標準電極電位
在表1所列各金屬元素中,Pb、Cd、Zn的電負性和電極電位較大,所以可以認為Pb、Cd、Zn原子或離子比Ba、Ca原子或離子更容易與PVC樹脂中不穩(wěn)定的烯丙基氯中顯負電性的氯原子形成絡合中間體,繼而形成氯化物。
在硬質(zhì)PVC配方中,比較硬脂酸鋇、硬脂酸鈣、硬脂酸鉛熱穩(wěn)定劑的活性,可以看出鋇皂、鈣皂是不活潑的,它們是中后期熱穩(wěn)定劑。硬脂酸鈣是硬質(zhì)PVC常用的內(nèi)潤滑劑,其添加量即使為l質(zhì)量份也不會影響潤滑體系的初期、中期、后期的潤滑平衡。而鋅皂、鎘皂、鉛皂相對鋇皂、鈣皂要活潑得多,所以它們都具有初期熱穩(wěn)定劑的作用。
鋅皂、鎘皂中的Zn、Cd元素與顯負電性的烯丙基氯中的氯原子碰撞時,結(jié)合成氯化物,而硬脂酸根則頂替氯原子原來的位置,消除了PVC的不穩(wěn)定基團,提高了PVC的穩(wěn)定性。這里所指的是理想狀態(tài)。形成氯化物以后,硬脂酸根頂替烯丙基氯的位置的前提條件是:①硬脂酸根與烯丙基氯的相應的正碳離子“碳翁”的距離要小于0. 1nm;②能發(fā)生有效碰撞。如果距離較遠(塑料加工時,樹脂不間斷地受著強剪切力,它們的相對位置隨時在改變),沒有發(fā)生有效碰撞,頂替氯原子就無從談起。在黏稠的PVC熔體中,硬脂酸根的分子熱運動可以不計,即使硬脂酸根與正碳離子(碳錨)的距離在成鍵的距離內(nèi),在熱及強剪切力作用下,也不可能頂替氯原子,大多數(shù)的情況是PVC熱氧降解的活化點的鄰近0.1nm以內(nèi)并不正好有硬脂酸鈣、硬脂酸鉛存在。這時PVC樹脂首先熱降解產(chǎn)生HC1,進而反應為
2 HCl+PbSt2 --PbCl2+2HSt
1分子的硬脂酸鉛可以生成2分子的HSt。所以在硬脂酸鉛參與熱穩(wěn)定化反應吸收HC1以后必然有相當多的HSt生成。一般硬質(zhì)PVC配方中都加入足夠量的初期熱穩(wěn)定劑,以保證制品為白色或無色。硬脂酸鈣是中期、后期熱穩(wěn)定劑。在這類配方中作為潤滑劑的硬脂酸鈣基本不參與熱穩(wěn)定化反應仍以硬脂酸鈣的形式存在于體系中。如果把硬脂酸鈣既當潤滑劑使用,又當熱穩(wěn)定劑使用,在加工的后期。硬脂酸鈣將有部分轉(zhuǎn)化成HSt,這將嚴重地影響潤滑平衡。在硬脂酸鈣存在的條件下,即使極少量的HSt也會在石蠟等非極性烷烴潤滑劑的外潤滑作用。
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