耐低温PVC型材配方设计与制造

耐低温PVC型材配方设计

[摘要]重点分析了耐低温PVC型材配方设计的影响因素。并结合实际给出了耐低温PVC的配方。

[关键词]PVC型材；耐低温；配方设计。

PVC树脂由于其结构的特殊性而热稳定性差，很难利用其直接制备坦料制品，因此常常需要在树脂中加入一系列的助剂对其进行改性，以满足加工工艺和实际应用的要求。例如，在PVC制品配方中加入热稳定剂、光稳定剂、内外润滑剂、加工助剂、增韧剂等可提高PVC的物理性能和力学性能J。3]。PVC型材由于具有配方成本低、异型结构易于设计与制造、强度和耐候性优异等特点，已经在建筑等领域获得了广泛应用。PVC型材的配方设计受到多种因素的影响，如型材的使用要求、挤出机的工作参数等。因此，合理的配方设计对于保证耐低温PVC型材的生产和性能至关重要。目前PVC型材主要用于制造塑钢门窗，其具有较高的拉伸强度、弯曲强度和优异的耐紫外光性能，但此类PVC型材耐低温性能差，不能适应特定低温场合对型材的需求，例如冷藏柜、箱式冷藏车和冷库等。因此，研究和开发具有耐低温性能的PVC型材对于扩大其应用领域具有一定的现实意义。

针对耐低温PVC型材的实际需求。重点讨论了影响耐低温PVC型材配方设计的因素，包括PVC树脂、热稳定剂、润滑剂、加工助剂、增韧剂、填料等。另外结合实际介绍了耐低温PVC型材的参考配方。

l耐低温PVC型材原料选择与配方设计

1.1PVC树脂

PVC树脂的性能(如分子质量、分子质量分布等)很大程度上决定了制品的加工性能和最终质量。对于分子质量而言，PVC制品的物理性能和力学性能、耐低温性能和耐热性等均随着分子质量的增加而增加。但分子质量越大，分子间作用力和分子链缠绕越大，使制品加工性能下降。即PVC树脂不易均匀塑化，影响制品的质量，严重时会出现“鱼眼”。同时，PVC树脂的分子质量分布应较窄，因为低分子质量PVC的存在往往会降低制品的热稳定性、热变形温度、物理性能和力学性能。耐低温PVC型材用的PVC树脂通常选用聚合度为1 000(K 值为62～65)的疏松型悬浮法树脂。例如，中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司生产的S一1000 PVC树脂，其K值为66，具有较好的综合性能。

1.2稳定剂

PVC树脂在160～200℃条件下加工易降解变色，需要加入热稳定剂避免PVC的降解。三碱式硫酸铅的热稳定性优异，目前仍是PVC型材的最佳稳定剂。而二碱式亚磷酸铅和二碱式硬脂酸铅的热稳定性稍差，但具有额外的润滑性。特别是前者兼具较好的光稳定性。铅盐稳定剂常常采用复配形式使用，用量为4～5份。铅盐类稳定剂的缺点就是它们的累积毒性，且容易被含硫物质污染。随着欧盟RoHS指令和REACH法规的颁布，铅盐类稳定剂的使用受到了一定的限制。欧洲的PVC行业已经声明：到2010年减少50％铅盐类稳定剂的使用，到2015年完全不使用铅盐类稳定剂n]。另外，由于钙／锌类复合稳定剂的热稳定性低于铅盐类稳定剂和有机锡类稳定剂体系，因此对于

PVC型材而言，逐步采用有机锡类稳定剂已成为必然。有机锡类稳

定剂与PVC相容性较好，塑化能力比铅盐类稳定剂强，因而加工温度相对低于铅盐体系。从保护环境的角度出发，对于耐低温PVC型材而言，稳定剂宜选择含硫有机锡和硬脂酸钙并用，其用量通常1．5"-'3．0份。为了避免或减少耐低温PVC型材制品受到环境中紫外光的降解老化的影响，配方中往往需要复配各种紫外光吸收剂和抗氧剂。常用的紫外光吸收剂主要是二苯甲酮类和苯并三唑类，具体牌号如UV326、UV327、UV531等，其用量不超过0．5份。

1.3润滑剂

根据与PVC初级粒子的相容性，润滑剂通常分为内润滑剂和外润滑剂。内润滑剂由于与PVC初级粒子的相容性较好，可以有效地改善PVC初级粒子之间的内聚力，从而促进PVC的塑化。而外润滑剂由于与PVC的相容性较差，往往起到隔离PVC熔体与金属的作用，从而提高熔体的整体滑动性。常用的内润滑剂有脂肪皂类、脂肪酸类及醇类等，外

润滑剂有石蜡、聚乙烯蜡、低分子质量聚乙烯和氧化聚乙烯蜡等。在PVC型材配方设计中，内外润滑的平衡相当重要。润滑剂用量过少，会造成物料黏附加工设备和出现焦化现象；润滑剂用量过多，则会导致PVC塑化不足，从而影响型材的外观和二次加工性能。由于加入的稳定剂硬脂酸钙具有一定的润滑作用，耐低温PVC型材配方中的润滑剂主要以外润滑剂为主，总用量为0．5～1．5份。

1.4加工助剂

PVC的熔体黏度大，加工性能差，因而需要加入加工助剂改善它的加工性能。加工ACR是硬质PVC制品最常用的一类商业化产品。在加工过程中，ACR黏附于PVC初级粒子上，增加了初级粒子之间的摩擦和破碎，从而获得更好的熔体均一性。耐低温PVC型材配方中，加工助剂ACR用量一般为1～2份。

1.5冲击改性剂

对于PVC型材，氯化聚乙烯(CPE)和抗冲ACR是常用的2种冲击改性剂。对于前者通常选用含氯质量分数为35％～36％的CPE作为改性剂，在合适的加工条件下CPE会形成网络结构增韧PVC。而抗冲ACR 外层的PMMA可提供较好的相容性，内层部分交联的丙烯酸酯类可提高弹性。与CPE相比，抗冲ACR的耐候性、增韧的效率和对加工条件的依赖性均强于CPE。考虑到成本因素，目前国内的PVC型材主要采用CPE，而国外发达国家的型材主要采用抗冲ACR。对于耐低温PVC 型材，冲击改性剂用量的增加有利于材料的低温冲击性能。CPE的用量通常为8～15份，而抗冲ACR的用量通常为5～1(J份。笔者采用CPE与抗冲ACR并用作为耐低温PVC型材配方中的增韧剂，用量为10～12份。

1.6填料

在PVC型材配方中，通常会加入钛白粉和碳酸钙。钛白粉有金红石型和锐钛型2种，前者的耐紫外光性能优于后者，因此经常应用于PVC型材配方中。此外，钛白粉的加入还能充当白色颜料。加入碳酸钙的目的就是增加刚性和降低成本，目前采用较多的是轻质碳酸钙。

钛白粉和碳酸钙均可以用偶联剂表面包覆的方法提高其与PVC的界面黏结力，但是其用量均不宜太多，以避免粒子团聚造成应力集中而影响型材的性能。通常，耐低温PVC型材配方中钛白粉用量为4～6份，碳酸钙用量为5～10份。

2.耐低温PVC型材的配方

依据上面分析的耐低温PVC型材原料选择与配方设计原则，经过试验，给出耐低温PVC型材的配方。

耐低温PVC型材的配方

3．结语

合理的配方设计是保证PVC型材质量的前提，在设计过程中要使PVC型材的加工性能、力学性能、耐候性能及生产成本达到最优化。对于具有耐低温性能的PVC型材，合理选择冲击改性剂的品种和用量是提高型材低温冲击性能的有效手段。

[参考文献]

[1]Charles E Wilkcs，James W Summers，Charles A Daniels．聚氯乙烯手册[M]．乔辉，丁筠，盛平厚．等译．北京：化学工业出版社，2008.

[2]高俊刚，杨丽庭，李燕芳，等．改性聚氯乙烯新材料[M]．北京：化学工业出版社，2002．

[3]蓝风祥。柯竹天，苏明耀，等．聚氯乙烯生产与加工应用手册[M]．北京：化学工业出版社，1996．

[4]KaufholdJ.Trcnds in PVC stabilization[R]．Huron：Vinyltech，2003．