pvc配方設計基礎知識

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　　純的聚氯乙烯(PVC)樹脂屬于一類強極性聚合物，其分子間作用力較大，從而導致了PVC軟化溫度和熔融溫度較高，一般需要160~210℃才能加工。另外PVC分子內含有的取代氯基容易導致PVC樹脂脫氯化氫反應，從而引起PVC的降解反應，所以PVC對熱極不穩定，溫度升高會大大促進PVC脫HCL反應，純PVC在120℃時就開始脫HCL反應，從而導致了PVC降解。鑒于上述兩個方面的缺陷， PVC在加工中需要加入助劑，以便能夠制得各種滿足人們需要的軟、硬、透明、電絕緣良好、發泡等制品。在選擇助劑的品種和用量時，必須全面考慮各方面的因素，如物理—化學性能、流動性能、成型性能，最終確立理想的配方。另外，根據不同的用途和加工途徑，我們也需要對樹脂的型號做出選擇。不同型號的PVC樹脂和各種助劑的配搭組合方式，就是我們常說的PVC配方設計了。那具體怎樣進行具體的配方設計呢?下面將通過對各原輔料的選擇加以闡述的方式加以說明，希望能對大家有所裨益。

分三個工段

　　1、乙炔的制作:桶裝或袋裝電石經過破碎機破碎后，由皮帶機送到電石大貯斗內，再從電石大貯斗放入加料斗，經計量后借電石吊斗、電動葫蘆、電磁振動器連續加入乙炔發生器。電石水解產生的粗乙炔氣由乙炔發生器頂部逸出，經噴淋預冷器、正水封進入冷卻塔和乙炔氣柜。來自發生器經冷卻后的乙炔氣，進入乙炔壓縮機加壓，然后經清凈塔除去粗乙炔氣中的PH3、H2S等雜質，再經中和塔、冷凝器等除去酸和水分。精制后的精乙炔氣送往氯乙烯合成轉化工序。

　　2、氯乙烯的合成:HCL—→HCL緩沖罐—→HCL預冷器+乙炔沙封—→混合器—→石墨冷卻器—→多孔過濾器—→預熱器—→轉化器→除汞器—→冷卻器—→水洗組合塔—→堿洗塔—→汽水分離器—→機前冷卻器—→單壓機—→機后冷卻器—→全凝器——→水分離器—→低塔加料槽—→低沸塔—→高沸塔—→成品冷卻器—→單體貯槽

　　3、聚合

　　C2H3CL+H2O+引發劑+其他—→聚合釜—→料漿排放槽—→料漿槽—→料漿貯槽—→ 料漿進料泵—→節能器—→氣提塔—→出料泵—→節能器—→干燥器—→離心料漿槽—→ 進料泵—→離心機—→上下攪攏—→氣液干燥銅—→旋風干燥床—→一級旋風分離器—→①二級旋風分離器—→抽風機②旋振篩—→中間料倉—→大料倉—→自動包裝線—→銷售。

一、 樹脂的選擇

　　工業上常用粘度或K值表示平均分子量(或平均聚合度)。樹脂的分子量和制品的物理機械性能有關。分子量越高，制品的拉伸強度、沖擊強度、彈性模量越高，但樹脂熔體的流動性與可塑性下降。同時，合成工藝不同，導致了樹脂的形態也有差異，我們常見的是懸浮法生產的疏松型樹脂，俗稱SG樹脂，其組織疏松，表面形狀不規則，斷面輸送多孔呈網狀。因此，SG型樹脂吸收增塑劑快，塑化速度快。懸浮法樹脂的主要用途見下表。乳液法樹脂宜作PVC糊，生產人造革。

　　懸浮法PVC樹脂型號及主要用途 ：

二、增塑劑體系

　　增塑劑的加入，可以降低PVC分子鏈間的作用力，使PVC塑料的玻璃化溫度、流動溫度與所含微晶的熔點均降低，增塑劑可提高樹脂的可塑性，使制品柔軟、耐低溫性能好。

　　增塑劑在10份以下時對機械強度的影響不明顯，當加5份左右的增塑劑時，機械強度反而最高，是所謂反增塑現象。一般認為，反增塑現象是加入少量增塑劑后，大分子鏈活動能力增大，使分子有序化產生微晶的效應。加少量的增塑劑的硬制品，其沖擊強度反而比沒有加時小，但加大到一定劑量后，其沖擊強度就隨用量的增大而增大，滿足普適規律了。此外，增加增塑劑，制品的耐熱性和耐腐蝕性均有下降，每增加一份增塑劑，馬丁耐熱下降2-3。因此，一般硬制品不加增塑劑或少加增塑劑。有時為了提高加工流動性才加入幾份增塑劑。 而軟制品則需要加入大量的增塑劑，增塑劑量越大，制品就越柔軟。

　　增塑劑的種類有鄰苯二甲酸酯類、直鏈酯類、環氧類、磷酸酯類等，就其綜合性能看，DOP是一個較好的品種，可用于各種PVC制品配方中，直鏈酯類如DOS屬耐寒增塑劑，長用于農膜中，它與PVC相容性不好，一般以不超過8份為宜，環氧類增塑劑除耐寒性好以外，還具有耐熱、耐光性，尤其與金屬皂類穩定劑并用時有協同效應，環氧增塑劑一般用量為3-5份。電線、電纜制品需具有阻燃性，且應選用電性能相對優良的增塑劑。PVC本身具有阻燃性，但經增塑后的軟制品大多易燃，為使軟PVC制品具有阻燃性，應加入阻燃增塑劑如磷酸酯及氯化石蠟，這兩類增塑劑的電性能也較其他增塑劑優良，但隨增塑劑用量增加，電性能總體呈下降趨勢。對用于無毒用途的PVC制品，應采用無毒增塑劑如環氧大豆油等。至于增塑劑總量，應根據對制品的柔軟程度要求及用途、工藝及使用環境不同而不同。一般壓延工藝生產PVC薄膜，增塑劑總用量在50份左右。吹塑薄膜略低些，一般在45-50份。

三、穩定劑體系

　　PVC在高溫下加工，極易放出HCL，形成不穩定的聚烯結構。同時，HCL具有自催化作用，會使PVC進一步降解。另外，如果有氧存在或有鐵、鋁、鋅、錫、銅和鎘等離子存在，都會對PVC降解起催化作用，加速其老化。因此塑料將出現各種不良現象，如變色、變形、龜裂、機械強度下降、電絕緣性能下降、發脆等。為了解決這些問題，配方中必須加入穩定劑，尤其熱穩定劑更是必不可少。PVC用的穩定劑包括熱穩定劑、抗氧劑、紫外線吸收劑和螯合劑。配方設計時根據制品使用要求和加工工藝要求選用不同品種，不同數量的穩定劑。

　　(一)熱穩定劑:熱穩定劑必須能夠捕捉PVC樹脂放出的具有自催化作用的HCL，或是能夠與PVC樹脂產生的不穩定聚烯結構起加成反映，以阻止或減輕PVC樹脂的分解。一般在配方中選用的熱穩定劑的特點、功能與制品的要求來考慮。例如：鉛鹽穩定劑主要用在硬制品中。鉛鹽類穩定劑具有熱穩定劑好、電性能優異，價廉等特點。但是其毒性較大，易污染制品，只能生產不透明制品。近年來復合穩定劑大量出現，單組分的穩定劑已有被取代的危險。復合穩定劑的特點是專用性強，污染小，加工企業配料簡便等優點。但由于無統一的標準，所以各家的復合穩定劑差異很大。

　　鋇鎘類穩定劑是性能較好的一類熱穩定劑。在PVC農膜中使用較廣。通常是鋇鎘鋅和有機亞磷酸酯及抗氧劑并用。

　　鈣鋅類穩定劑可作為無毒穩定劑，用在食品包裝與醫療器械、藥品包裝，但其穩定性相對教低，鈣類穩定劑用量大時透明度差，易噴霜。鈣鋅類穩定劑一般多用多元醇和抗氧劑來提高其性能，最近已經國內已經有用于硬質管材的鈣鋅復合穩定劑出現。深圳市森德利塑料助劑有限公司成功開發出CZX系列無毒鈣鋅穩定劑，能夠滿足硬質管材及管件的生產，并在聯塑等管材生產廠家批量使用。

　　有機錫類熱穩定劑性能較好，是用于PVC硬制品與透明制品的較好品種，尤其辛基錫幾乎成為無毒包裝制品不可缺少的穩定劑，但其價格較貴。

　　環氧類穩定劑通常作為輔助穩定劑。這類穩定劑與鋇鎘鈣鋅類穩定劑并用時能提高光與熱的穩定性，其缺點是易滲出。作輔助穩定劑的還有多元醇，有機亞磷酸酯類能。

　　近年來還出現了稀土類穩定劑和水滑石系穩定劑，稀土類穩定劑主要特點是加工性能優良，而水滑石則是無毒穩定劑。

　　(二)抗氧劑:PVC制品在加工使用過程中，因受熱、紫外線的作用發生氧化，其氧化降解與產生游離基有關。主抗氧劑是鏈斷裂終止劑或稱游離基消除劑。其主要作用是與游離基結合，形成穩定的化合物，使連鎖反應終止，PVC用主抗氧劑一般是雙酚A。還有輔助抗氧劑或過氧化氫分解劑，PVC輔助抗氧劑為亞磷酸三苯酯與亞磷酸苯二異辛酯。主輔抗氧劑并用可發揮協同作用。

　　(三)紫外線吸收劑:在戶外使用的PVC制品，因受到它敏感波長范圍的紫外線照射，PVC分子成激發態，或其化學鍵被破壞，引起游離基鏈式反應，促使PVC降解與老化。為了提高抗紫外線的能力，常加入紫外線吸收劑。PVC常用的紫外線吸收劑有三嗪-5、UV-9、UV-326、TBS、BAD、OBS。三嗪-5效果最好，但因呈**使薄膜略帶**，加入少量酞菁藍可以改善。在PVC農膜中常用UV-9，一般用量0.2-0.5份。屬水楊酸類的TBS、BAD與OBS作用溫和，與抗氧劑配合使用，會得到很好的耐老化效果。對于非透明制品，一般通過添加遮光的金紅石型鈦白粉來改善耐候性，這時如果再添加紫外線吸收劑，則需要很大用量，不十分合算。

　　(四)螯合劑:在PVC塑料穩定體系中，常加入的亞磷酸酯類不僅是輔助抗氧劑，而且也起螯合劑的作用。它能與促使PVC脫HCL的有害金屬離子生成金屬絡和物。常用的亞磷酸酯類有亞磷酸三苯酯、亞磷酸苯二異辛酯與亞磷酸二苯辛酯。在PVC農膜中，一般用量為0.5-1份，單獨用時初期易著色，熱穩定性也不好，一般與金屬皂類并用。

四、潤滑劑

　　潤滑劑的作用在于減少聚合物和設備之間的摩擦力，以及聚合物分子鏈之間的內摩擦。前者稱為外潤滑作用，后者稱為內潤滑作用。具有外潤滑作用的如硅油、石蠟等，具有內潤滑作用的如單甘酯，硬脂醇及酯類等。至于金屬皂類，則二者兼有。另外需要說明的是，內外潤滑的說法只是我們的一種習慣稱謂，并沒有明顯的界限，有些潤滑劑在不同的條件起不同的作用，如硬脂酸，在低溫或少量的時候，能起內潤滑作用，但當溫度升高或用量增加時，它的外潤滑作用就逐漸占優勢了，還有一個特例是硬脂酸鈣，它單獨使用時作外潤滑劑，但當它和硬鉛及石蠟等并用時就成了促進塑化的內潤滑劑了。

　　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。

五、填充料

　　在PVC中加入某些無機填料作為增量劑，以降低成本，同時提高某些物理機械性能(如硬度、熱變形溫度、尺寸穩定性與降低收縮率)，增加電絕緣性和耐燃性。近年來，將無機填料納米化，并將它運用到塑料中成為改性劑一直是研究熱點，并已經有了部分研究成果如納米碳酸鈣增韌增強PVC，這其中要解決的重要問題就是如何將納米產品均勻分散于塑料中。

　　在硬質擠壓成型過程中，PVC制品一般的填料為碳酸鈣和硫酸鋇。對注塑制品，要求有較好的流動性和韌性，一般宜用鈦白粉和碳酸鈣。硬質制品的填料量在10份以內對制品的性能影響不大，近年來大家為了降低成本，使勁添加填料，這對制品的性能是不利的。

　　在軟制品方面，加入適量的填料，會使薄膜具有手感很好的彈性，光面干燥而不顯光亮，并有耐熱壓性高和永久形變小等優點。在軟制品配方常用到滑石粉、硫酸鋇、碳酸鈣、鈦白粉與陶土等填料。其中滑石粉對透明性影響較小。生產薄膜是，填料用量可達3份，多了影響性能。同時要注意填料細度，否則易形成僵塊，使塑料斷裂。在普通附層級電纜中主要添加碳酸鈣;絕緣級電纜附層中加入煅燒陶土，可以提高塑料耐熱性和電絕緣性。此外，三氧化二銻也可作為填料加入軟制品中，以提高制品耐燃性。

　　特別提出，目前普遍鈣鋅穩定劑對高填充的碳酸鈣會出現不同的顏色反應，主要為發紅，這往往不是鈣鋅穩定劑穩定性不夠，而應該是碳酸鈣中某種雜質的影響。建議選材時，盡量選用白度好的，未加活性成分的超微細輕質碳酸鈣粉作填料，則可以減輕不良反應。

六、著色劑

　　用于PVC塑料的著色劑主要是有機顏料和無機顏料。PVC塑料對顏料的要求較高，如耐加工時高溫，不受HCL影響，加工中無遷移，耐光等。常用的有：

　　(一)紅色主要是可溶性偶氮顏料、鎘紅無機顏料、氧化鐵紅顏料、酞菁紅等;

　　(二)主要有鉻黃、鎘黃和熒光黃等;

　　(三)蘭色主要有酞菁藍;

　　(四)綠色主要為酞菁綠;

　　(五)白色主要用鈦白粉;

　　(六)紫色主要是塑料紫RL;

　　(七)黑色主要是碳黑。

　　另外，熒光增白劑用于增白，金粉、銀粉用于彩色印花，珠光粉使塑料具有珍珠般散光。

七、發泡劑

　　PVC用的發泡劑主要是ADC發泡劑和偶氮二異丁腈及無機發泡劑。另外，鉛鹽和鎘鹽也有助發泡作用，可使AC發泡劑的分解溫度降到150-180℃左右。發泡劑的用量根據發泡倍率而定。

八、阻燃劑

　　用于建材、電氣、汽車、飛機的塑料，均要求有阻燃性。一般含鹵素、銻、硼、磷、氮等化合物均有阻燃作用，可作阻燃劑。

　　硬質PVC塑料由于含氯量高，本身具有阻燃性，對于PVC電纜、裝飾墻壁及塑料幃布摻入阻燃劑，可增加其耐火焰性。常用氯化石蠟、三氧化二銻(2-5份)、磷酸酯等阻燃劑。磷酸酯類和含氯增塑劑也有阻燃性。