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| 塑料异型材防老化体系探讨 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| 来源：互联网络 添加人：盐城化工网 添加时间：2008-6-26 10:54:06 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
摘要 本文对塑料异型材的老化体系作了一个简单的分析，并对江西宏远化工有限型材复合稳定剂在型材中的应用作了一个简单的介绍。 关键词 塑料异型材 防老化体系 复合稳定剂 前言 PVC作为五大通用塑料之一，具有优良的耐腐蚀性，难燃性和高力学性能，又因为价格低廉，原料来源丰富，制造工艺成熟等特点，正越来越多的应用于建筑行业，广泛地用于制造塑料门窗和塑料管材。 塑料从有史以来就引起人们关注的问题就是老化寿命，尤其PVC塑料窗更是如此，能否与建筑物“白头偕老”是生产者与用户都十分关心的问题。老化是指PVC塑料在加工及使用过程中，受到外界各种物理因素、化学因素、生物因素的作用，会引起化学结构的破坏，而丧失原有的性能，最终失去使用价值。老化主要分为在加工过程中由于高温高压强剪切力而产生的降解及在客户应用的过程中由于自然气候，紫外线产生的老化分解。下面分别对这两种过程中产生的老化现象作一简单分析，谨供参考。 1．老化机理探讨 PVC的降解是一个十分复杂的过程，多年来各国高分子领域的专家和技术人员对此课题进行了长期深入的研究，取得了显著的成绩。然而在PVC降解机理方面还存在着不同的认识差异。一般简化的理解如下：通常认为PVC大分子大约在100℃左右即开始分解，PVC的降解原理是脱HCL的自催化反应。由于PVC的加工温度（170℃或以上）远远大于其分解温度（100℃），PVC大分子在热、氧、光等因素激发下，在分子链上的某些活性基团（不稳定基团）上会产生自由基，进行引发脱HCL的连锁反应。在实际加工过程中，可观察到随降解程度的加深，PVC制品颜色由白色→淡黄色→黄色→橘黄色→棕色→深棕色→黑色，这是体系中含有长共轭多烯序列体系的典型特征。连续的脱HCl反应，使PVC分子主链形成的共轭多烯结构是生色结构，只要共轭双键的数目达到了5-7个时，PVC即开始变色，超过10个时变为黄色。随着HCl的不断脱出，共轭序列不断加长，PVC制品的颜色也逐渐加深，最后成为棕色乃至黑色。伴随着颜色变深、PVC分子结构的变化，制品的物理力学性能也急剧下降。 通过对老化降解机理的分析，说明欲提高PVC的稳定性和使用寿命，首先需要改善和优化PVC树脂的聚合工艺，减少其不稳定结构带来的薄弱环节，提高PVC树脂自身内在的稳定性。另一个简单有效的通用方法，是在配方中添加热稳定剂、光稳定剂及抗氧剂，以防止加工过程中的热氧老化及使用过程中的光候老化，本文重点探讨后者，即配方中的防老化体系的组成。 1.1热稳定剂的作用机理 PVC在加工过程中会受到高温的作用而产生脱HCL引起自身的催化反应而引起链式分解。型材在加工过程中最主要是抗热老化。热稳定剂最基本的性能是耐热性，一种好的热稳定剂，不但应有优良的静态稳定性，还要有优良的动态热稳定性；不但要有优良的初期稳定性，还要有长期稳定性；铅盐稳定剂能有效中和吸收HCl，而生成的PbCl2对PVC脱HCl无催化作用。具有优异的抑制PVC初期着色能力和持久的热稳定性，而且由于电绝缘性好且成本低而得到广泛的应用。
1.2抗氧剂的作用机理 大分子氧老化的特征是分子链断裂，产生连串的自由基，如大分子自由基、过氧化自由基、易分解的大分子氢过氧化物等。所以抗氧剂的主要功能是：⑴捕获已产生的自由基，不致再引发链式反应；⑵分解已生成的氢过氧化物而形成一种稳定的产物；⑶钝化存在的重金属。在PVC中，当多元醇与金属皂类配合使用时，明显地延长了脱氯化氢的诱导期，并能抑制树脂的着色，显示出卓越的协同效应。这是由于多元醇通过与重金属氯化物的络合，抑制其对脱HCl的催化作用而发挥协同效应的。现一般利用抗氧剂组分之间的协同效应，通过现有的抗氧剂复合出多功能、高性能的产品。主抗氧剂多采用受阻酚化合物，辅助抗氧剂可使用亚磷酸酯或硫代酯。因为，受阻酚化合物在抗氧过程中，捕捉聚合物过氧化自由基后变成氢过氧化物，氢过氧化物对热氧化降解具有自动催化作用，而受阻酚本身不能分解氢过氧化物，所以单独使用进难以达到理想的抗氧效果。亚磷酸酯或硫代酯虽然不具备捕捉过氧化自由基的能力，但能够分解氢过氧化物，从而抑制了自动催化反应导致的聚合物降解。配合使用时，其作用相互补充，达到了理想的协同效果。 1.3光稳定剂的作用机理 除上述在加工过程中受到热氧作用外，长期暴露在户外的高分子材料会受到天候老化。因为在户外环境中，除日光的作用外，温度的变化，大气的组成，降水量和温度等自然因素也都对高分子材料起着老化作用，在其中，紫外线光辐射是诱发聚合物天候老化的主要因素。 为了抑制聚合物的光老化进程，一般在聚合物中添加光稳定剂。光稳定剂一般由光屏蔽剂，紫外线吸收剂，猝灭剂和自由基捕获剂组成，在PVC中一般以紫外线吸收剂用量占大多数。 表1.光稳定剂（LS）和浓度对1MM厚质透明PVC板的光稳定性的影响
为达到更好的效果，往往把多种类型的光稳定剂进行复配，以期达到更好的效果。表2.光稳定剂之间的协同效应
在PVC中，光稳定剂一般由受阻胺光稳定剂与紫外线吸收剂并用以达到更好的抗老化效果。 2．我公司的抗老化体系配方组成 型材的品质主要由抗老化体系决定。从上述理论可以看出，一个良好的复合抗老化体系是由热稳定剂，光稳定剂及抗氧剂复合而成，以控制加工过程中的热氧降解反应及使用过程中的光氧反应。在此基础上，江西宏远的科研人员在深入研究PVC老化机理及分析现各种稳定剂优缺点的基础上，经计算机辅助优化设计，以复合铅盐为主体，通过研究各类抗氧剂对PVC抗氧效果的基础上，采用不同结构、不同温度下还原能力最强的多个抗氧剂，以合理的配比，组成复合抗氧系统，并与光稳定剂及多种协效剂调优精制而成，开发了一包装的复合抗老化效果好型材专用稳定剂系列产品。有适用于低剪切机型的X3018及适用于高剪切，强塑化机型的X401。通过全国各地的客户使用，在型材加工时无析出，塑化良好，色泽一致，型材焊接强度高，冷冲性能好，使用时耐候性好，大大超过了国家标准对PVC异型材的耐老化性能及外观要求。 表3.X3018和X401的老化实验 实验条件:按照GB/T16422.2-1999塑料实验室光源暴露试验方法第2部分氙弧灯A法进行，老化时间4000h
3．客户应用结果 2006年，我们对全国东西南北各地的客户进行了一次普查，主要目的是对全国不同的气候，不同的温差，降雨量不同的地区使用我公司的X3018和X401在型材使用过程的防老化作用作一个了解。通过调查，发现这些地区虽然都是白色型材，由于厂家、配方不同，塑窗使用时间长短不同，塑窗变化老化变色的深浅也不同，在平均气温高，且湿度大的广东地区和日夜温差大的西北部地区变色稍深一些。 表3.以下为浙江某企业生产的国标型材3年后的力学性能变化
从表3可以看出，X3018三年后简支梁冲击强度保留率为91.4%，X401为95.7%,均大大超过了国标70%的标准。至于X401的冲击强度及冲击强度保留率均好于X3018，可能是X401与较好的抗氧剂及光稳定剂复配的原因。 4．结语 （1）、型材的防老化体系由热稳定剂、抗氧剂和光稳定剂构成。 （2）、实际上型材变色是一个综合性的技术问题，首先要从购进材料关入手，要求生产厂家最起码的本领能识别假冒伪劣原料，不被低廉的价格所迷惑。目前有个别稳定剂生产厂家在推广宣传其产品上有一个倾向，即使用我们的产品，与同类稳定剂生产厂比，可减少稳定剂使用量，能降低成本多少，其结果是在苛刻的工艺温度要求中，由于其热稳定效率不足，对PVC分子结构的损害又不是肉眼所能观察到的，虽然当时能生产出表观比较满意的型材，但在后来的成窗制品时发黄甚至在使用不长时间后就变灰。所以建议型材厂家在选择原料时尽可能选用大品牌、质量稳定、信誉好的生产厂家，我们也希望提供优质的产品为我国PVC塑料门窗的发展尽绵薄之力。 参考文献 1韩宝仁，朱元吉，冯连勋著.塑料异型材制造原理与技术.北京:化学工业出版社,2001:(24～28) 2《塑料橡胶加工助剂》第二版山西省化工研究所编.北京:化学工业出版社 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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