PVC助劑配方設(shè)計的原則

配方設(shè)計是以下三個方面性能的平衡

材料的加工性能①熔體的粘度. ② 熱穩(wěn)定性. ③ 流變性和潤滑性. 

制品的性能① 力學(xué)性能. ② 熱變性溫度.③ 透明 ④ 耐候.
⑤阻燃. ⑥ 其它. 

經(jīng)濟(jì)性① 配方的價格 ② 配方和生產(chǎn)效率和成品率.  
PVC助劑配方的設(shè)計原理和各類助劑的特點
PVC塑料配方主要由PVC樹脂和添加劑組成的，其中添加劑按功能又分為：增塑劑、熱穩(wěn)定劑、潤滑劑（聚乙烯蠟）、加工改性劑、沖擊改性劑、填充劑、抗氧劑、紫外光吸收劑、著色劑、發(fā)泡劑等。在設(shè)計PVC配方之前，首先應(yīng)了解PVC樹脂和各種添加劑的性能。

原料與添加劑

PVC樹脂

　　生產(chǎn)PVC塑料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，名列前忙。
PVC樹脂的類型：
一、懸浮法樹脂：1、緊密型懸浮法樹脂
2、疏松型懸浮法樹脂
二、本體法樹脂
三、乳液法樹脂
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。
聚氯乙烯樹脂粉料粒子實際上是許多PVC微細(xì)粒子以物理方式粘結(jié)在一起的聚集體，這種粒子通常以聚合初期形成的尺寸僅為0.1—0.8μm的原生初級粒子為基礎(chǔ),含有若干由初級粒子聚合后尺寸為2--10μm的聚集粒子所組成.
懸浮法PVC粒子中微細(xì)粒子的名稱和尺寸范圍
PVC的性能
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RPVC UPVC，5-25份為半硬制品，大于25份為軟制品 SPVC。
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—2100C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1200C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(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。
PVC的分子量及分布對加工性能和制品性能的影響
聚氯乙烯樹脂的粒子結(jié)構(gòu)形態(tài)及加工性能
PVC樹脂性能 

增塑劑

增塑劑從總體上可分為兩大類：小分子增塑劑和高分子增塑劑。常用軟質(zhì)PVC的增塑劑種類如下：

（1）、鄰苯二甲酸酯類
常用的有鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）、鄰苯二甲酸二異壬酯（DINP）、鄰苯二甲酸二異癸酯（DIDP）等。在各種鄰苯二甲酸酯類增塑劑中，隨著所用醇的分子量增大，增塑劑的揮發(fā)性降低。
我司所用的增塑劑中有DINP,DINP的分子量為419,為無色無味透明液體，相對密度0.965—0.972 (25℃),與PVC的相容性良好,揮發(fā)性低,遷移性小,而且具有良好的耐光性,耐熱性,耐老化性和電絕緣性。增塑效率比ATBC,PL-012稍差。因鄰苯二甲酸酯類增塑劑涉嫌對人的生殖有影響，不能有于環(huán)保料的生產(chǎn)中。在玩具料的15—17個鄰苯二甲酸酯類的檢測中含DINP。（含量＜100ppm）
（2）、脂肪酸酯類
常用的有己二酸二辛酯（DOA）、癸二酸二辛酯（DOS）、己二酸二異壬酯（DINA）等。這類增塑劑主要做PVC的耐寒增塑劑。
（3）、磷酸酯類
主要有磷酸三甲苯酯（TCP）、磷酸三苯酯（TPP）、磷酸二苯異辛酯（DPOP），磷酸酯類增塑劑主要做PVC的阻燃增塑劑。
（4）、環(huán)氧類增塑劑
主要有環(huán)氧大豆油、環(huán)氧硬酯酸辛酯等，是PVC的輔助增塑劑，具有揮發(fā)性低，遷移性小等優(yōu)點，且與PVC熱穩(wěn)定劑有協(xié)同穩(wěn)定作用。
（5）、含氯增塑劑
主要為氯化石蠟，是PVC的輔助增塑劑，與三氧化二銻并用，有協(xié)同阻燃效果。
（6）、苯多酸酯類
主要品種為偏苯三酸三辛酯（TOTM），為耐熱性與耐久性增塑劑。
（7）、多元醇酯類
如新戊二醇脂肪酸酯（EBN）、三羥甲基丙烷脂肪酸酯（BET）、
（8）、檸檬酸酯類
主要品種為乙酰檸檬酸三丁酯（ATBC）聚乙烯蠟
本品可用于食品包裝材料，為傳統(tǒng)的環(huán)保增塑劑，本品為無色透明油狀液體，分子量為402，相對密度為1.046（25℃），是檸檬酸系列增塑劑中應(yīng)用最廣的品種，耐光性,耐熱性,耐老化性和耐水性良好。本品遷移，揮發(fā)性比DINP大，增塑效果比DINP稍好。
（9）、其它類型的低分子增塑劑：石油酯類、間苯二甲酸酯類、對苯二甲酸酯類、六氫化鄰苯二甲酸二異壬酯（DINCH）等。
（10）、反應(yīng)性增塑劑：這類增塑劑分子中有活性基團(tuán)，可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，主要品種有鄰苯二甲酸二烯丙酯（DAP）
（11）、聚酯增塑劑
聚酯增塑劑分子量較小分子量的增塑劑大，但比高分子增塑劑低。如W2050、W700等，由于分子量大，所以揮發(fā)性很低，可用于耐久性的制品。
（12）、高分子增塑劑
高分子增塑劑通常為聚合物彈性體，常用的有氯化聚乙烯（CPE）、丁腈橡膠（NBR）等。高分子對PVC的增塑，實質(zhì)上是彈性體與PVC的共混。

PVC的四步增塑理論:
一步,增塑劑進(jìn)入PVC樹脂顆粒的孔隙中.
二步,樹脂顆粒的表面被增塑劑溶脹,同時, 顆粒內(nèi)部發(fā)生應(yīng)變.
三步,全部顆粒被增塑劑溶脹,增塑劑分散在大分子之間.
增塑過程的前三步盡可能在打粉過程中完全.
四步,PVC與增塑劑及其它助劑的混合物被加熱到熔融狀態(tài),形成均勻的軟質(zhì)PVC材料,并完成增塑過程.
增塑劑在PVC中的性能
增塑劑在PVC中的性能，包括與PVC的相容性、塑化溫度、增塑效率、耐久性等。
（1）、與PVC的相容性 作為PVC的增塑劑，與PVC有良好的相容性。相容性不好的增塑劑，易于發(fā)生遷移現(xiàn)象而從制品表面析出，不僅失去增塑作用，而且影響制品的外觀。
（2）、塑化溫度 軟質(zhì)PVC的塑化是指與PVC經(jīng)熔融形成均勻的材料的過程，塑化溫度與PVC樹脂的型號、增塑劑的種類和用量，以及配方中其它助劑都有關(guān)系。一般來說，相容性好、溶劑化能力強(qiáng)的增塑劑，塑化溫度較低。
（3）、增塑效率
不同種類的增塑劑，為使PVC材料達(dá)到同一硬度所需的用量是不同的，以DOP的用量為基準(zhǔn)，其它種類的增塑劑達(dá)到同一硬度所需的相對用量，就稱為該增塑劑的增塑效率。
（4）、耐久性
增塑劑的耐久性包括耐揮發(fā)性、耐遷移性、耐抽出性。一般來說，增塑劑的揮發(fā)主要決定于分子量大小，遷移性則與增塑劑和PVC和相容性有關(guān)。
（5）、其它性能
增塑劑的性能，還包括耐寒性、電絕緣性、阻燃性、耐霉菌性等。

穩(wěn)定劑
防止PVC熱分解的熱穩(wěn)定機(jī)理是通過如下幾方面來實現(xiàn)的。

1、通過捕捉PVC熱分解產(chǎn)生的HCl，防止HCl的催化降解作用。 鉛鹽類主要按此機(jī)理作用 ，此外還有金屬皂類、有機(jī)錫類、亞磷酸脂類及環(huán)氧類等。
2、置換活潑的烯丙基氯原子。金屬皂類、亞磷酸脂類和有機(jī)錫類可按此機(jī)理作用。
3、與自由基反應(yīng)，終止自由基的反應(yīng)。有機(jī)錫類和亞磷酸脂按此機(jī)理作用。
4、與共扼雙鍵加成作用，抑制共扼鏈的增長。
　有機(jī)錫類與環(huán)氧類按此機(jī)理作用。
5、分解過氧化物，減少自由基的數(shù)目。有機(jī)錫和亞磷酸脂按此機(jī)理作用。
6、鈍化有催化脫HCl作用的金屬離子。同一種穩(wěn)定劑可按幾種不同的機(jī)理實現(xiàn)熱穩(wěn)定目的。
常用穩(wěn)定劑品種： 
(1)二鹽基亞磷酸鉛
　　分子式為2PbO．PbHPO3.H2O，代號為DL，簡稱二鹽，白色粉末，密度為6．1g／cm3。二鹽基亞磷酸鉛的熱穩(wěn)定性稍低于三鹽基硫酸鉛，但耐候性能好于三鹽基硫酸鉛。二鹽基亞磷酸鉛常與三鹽基硫酸鉛并用，用量一般為三鹽基硫酸鉛的1／2。
(2)二鹽基硬脂酸鉛
　　代號為DLS，不如三鹽基硫酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛常用，具有潤滑性。常與三鹽基硫酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛并用，用量為0．5—1．5份。

2、金屬皂類

常用的金屬鹽類穩(wěn)定劑有：
(1)硬脂酸鋅(ZnSt)，無毒且透明，用量大后，易引起“鋅燒”制品變黑，常與Ba、Ca皂并用。
(2)硬脂酸鎘(CdSt)，為一重要的透明穩(wěn)定劑品種，毒性較大，不耐硫化污染，抑制初期變色能力大，常與Ba皂并用。
(3)硬脂酸鉛(PbSt)，熱穩(wěn)定性好，可兼做潤滑劑。缺點為易析出，透明差，有毒且硫化污染嚴(yán)重，常與Ba、Cd皂并用。
(4)硬脂酸鈣(CaSt)，加工性能好、熱穩(wěn)定能力較低，無硫化污染，無毒，常與Zn皂并用。
(5)硬脂酸鋇(BaSt)，無毒，長期熱穩(wěn)定性好，抗硫化污染，透明，常與Pb、Ca皂并用。復(fù)合品種常用的有：Ca／Zn(無毒、透明)、Ba／Zn(無毒、透明)、Ba／Cd(有毒、透明)及Ba／Cd／Zn。
3、有機(jī)錫類
　　有機(jī)錫類為熱穩(wěn)定劑中有效的，在透明和無毒制品中應(yīng)用廣泛的一類，其突出優(yōu)點為：熱穩(wěn)定性好，透明性好，大多數(shù)無毒。缺點為價格高，無潤滑性。有氣味。
　　有機(jī)錫類大部分為液體，只有少數(shù)為固體。可以單獨使用，也常與金屬皂類并用。
　　有機(jī)錫類熱穩(wěn)定劑主要包括脂肪酸有機(jī)錫、馬來酸有機(jī)錫和硫醇有機(jī)錫三類。 
(1)含硫有機(jī)錫類：
　　主要為硫醇有機(jī)錫和有機(jī)錫硫化物類穩(wěn)定劑，與Pb、Cd皂并用會產(chǎn)生硫污染。含硫有機(jī)錫類透明性好。主要品種有：
a、二巰基乙酸異辛酯二正辛基錫(DOTTG)，外觀為淡黃色液體，熱穩(wěn)定性及透明性好，無毒，加入量低于2份。
b、二甲基二巰基乙酸異辛酯錫(DMTFG)，外觀為淡黃澄清液體，為無毒、透明穩(wěn)定劑，常用于扭結(jié)膜及透明膜中。
C、二（硫代甘醇酸辛酯）二甲基錫，為無色透明液體，有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、透明性、低毒、可用于PVC片材、上水管材、醫(yī)藥與食品包裝材料。一般用量為1—1.5PHR。
我司所用T-190、1984E均為硫醇甲基錫。
(2)有機(jī)錫羧酸鹽：
　　穩(wěn)定性不如含硫有機(jī)錫，但無硫污染，主要包括脂肪酸錫鹽和馬來酸錫鹽。主要品種有：
a、二月桂酸二正丁基錫(DBTL)淡黃色液體或半固體，潤滑性優(yōu)良，透明性好，但有毒，常與Cd皂并用，用量1-2份；與馬來酸錫及硫醇錫并用，用量0.5—1份
b、二月桂酸二正辛基錫(DOTL)，有毒且價高，潤滑性優(yōu)良，常用于硬PVC中，用量小于1．5份。c、馬來酸二正丁基錫(DBTM)，白色粉末，有毒，無潤滑性，常與月桂酸錫并用，不可與金屬皂類并用于透明制品中。
4、有機(jī)銻類
　　具有良好的初期色相和色相保持性，尤其是在低用量時，熱穩(wěn)定性優(yōu)于有機(jī)錫類，特別適于用雙螺桿擠出機(jī)的PVC配方使用。
　　有機(jī)銻類主要包括硫醇銻鹽類、巰基乙酸酯硫醇銻類、巰基羧酸酯銻類及羧酸酯銻類等。
5、稀土穩(wěn)定劑
　　選材多為稀土氧化物和稀土氯化物為主，其氧化物和氯化物多為鑭、鈰、鐠、釹等輕稀土元素的單一體或混合體。

6、復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑
　這種復(fù)合助劑采用了共生反應(yīng)技術(shù)將三鹽、二鹽和金屬皂在反應(yīng)體系內(nèi)以初生態(tài)的晶粒尺寸和各種潤滑劑進(jìn)行混合，以保證熱穩(wěn)定劑在PVC體系中的充分分散，同時由于與潤滑劑共熔融形成顆粒狀，也避免了因鉛粉塵造成的中毒。
7、復(fù)合穩(wěn)定劑
復(fù)合穩(wěn)定劑通常是將具有良好協(xié)同作用的兩種或多種穩(wěn)定劑相配合而得到的液體或固體狀混合物。有鋇-鎘-鋅穩(wěn)定劑，鋇-鎘穩(wěn)定劑，鋇-鋅穩(wěn)定劑，鈣-鋅穩(wěn)定劑，其中鈣-鋅穩(wěn)定劑主要用于軟質(zhì)和無毒制品。
鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑
鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑有四種基礎(chǔ)體系：以多元醇和金屬皂類為基礎(chǔ)的以羥基碳酸鎂化合物為基礎(chǔ)的;以鈣/鋁-羥基亞磷酸鹽為基礎(chǔ)的和以沸石為基礎(chǔ)的。所有這類體系都包含有機(jī)輔助穩(wěn)定劑、抗氧劑和潤滑劑，但各自的品種和數(shù)量都不同。
8、主要的輔助熱穩(wěn)定劑品種
　　輔助熱穩(wěn)定劑本身不具有熱穩(wěn)定作用，只有與主穩(wěn)定劑一起并用，才會產(chǎn)生熱穩(wěn)定效果，并促進(jìn)主穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果。輔助熱穩(wěn)定劑一般不含金屬，因此也稱為非金屬熱穩(wěn)定劑。
輔助熱穩(wěn)定劑的主要品種有：
(1)亞磷酸酯類。是一重要的輔助熱穩(wěn)定劑，與Ba／Cd、Ba／Zn復(fù)合穩(wěn)定劑及Ca／Zn復(fù)合穩(wěn)定劑等有協(xié)同作用，主要用于軟質(zhì)PVC透明配方中，用量為0．1—1份。
(2)環(huán)氧化合物類，與金屬皂類有協(xié)同作用，與有機(jī)錫類稀土穩(wěn)定劑并用效果好，用量為2-5份，常用的品種為環(huán)氧大豆油、環(huán)氧脂。
(3)環(huán)氧化合物類，與金屬皂類有協(xié)同作用，與有機(jī)錫類稀土穩(wěn)定劑并用效果好，用量為2-5份，常用的品種為環(huán)氧大豆油、環(huán)氧脂。
(4)多元醇類，主要有季戊四醇、木糖醇、甘露醇等，可與Ca／Zn復(fù)合穩(wěn)定劑并用。
(5) 其它還有含氯化合物，酚類衍生物，酮類化合物等。

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