PVC用热稳定剂的复配及其性能研究文献综述

文献综述

一．PVC简介

聚氯乙烯(简称PVC)是由氯乙烯单体经过自由基聚合反应生成的热塑性线型聚合物，是世界上最早运用于工业化生产的塑料种类之一^[1]。聚氯乙烯在工业使用品通常是白色或浅黄色的粉末，其中氯的含量大约为56％左右，它的相对密度为1.36。聚氯乙烯在性能上有耐酸性好、耐碱性好、不容易导电等优点。然而聚氯乙烯的不足之处就是它的热稳定性比较差^[2]。通常情况下聚氯乙烯在温度加热到140℃左右时就会发生分解，同时会释放出HCl气体，从而导致聚合物发生降解，从而引起物料颜色的变化以及物理力学性能、机械性能的不断下降，以至失去使用价值。但是往往在工业生产过程中，通常加工温度需要达到180℃以上^[3]，因此在我们成型加工时，我们需要加入适当的热稳定剂，从而提高它的热稳定性^[2]。由于聚氯乙烯的软化温度相对较低，所以它的使用温度通常在80℃以下。其中相对分子质量比较低的聚氯乙烯比较难溶于酯类溶剂。在工业生产中，通常有两种方法来合成PVC树脂，第一种是通过石油路线的乙烯法进行合成，第二种是在煤化工生产中采用电石法进行合成^[1]。

二．热稳定剂的发展现状及趋势

常见的热稳定剂有铅盐类热稳定剂、有机锡类热稳定剂、稀土类热稳定剂、钙锌稳定剂等等^[4]。铅盐类热稳定剂具有非常好的吸收氯化氢的能力，而且反应生成的氯化铅对聚氯乙烯没有催化作用^[5]，因此铅盐类热稳定剂的长期热稳定性比较优越，目前它是我国用量最多的热稳定剂。铅盐类热稳定剂的优点：热稳定性好、初期绝缘性好、电绝缘性好等^[6]。铅盐类热稳定剂的缺点：有毒、不耐硫化物污染等^[7]。有机锡类热稳定剂具有良好的热稳定性、透明性等，它是我国应用范围最广的、效果比较好的热稳定剂之一^[8]。有机锡类热稳定剂的优点：能吸收HCl、它与PVC发生反应以后的产物对PVC没有催化作用，它不仅能够初期抑制PVC的着色性而且具有长期热稳定性^[9]。稀土类热稳定剂能够提高PVC的耐候性。稀土类热稳定剂的优点：无毒、耐候性良好。稀土类热稳定剂的缺点：初期热稳定性差、初期着色性差^[10]。钙锌热稳定剂具有无异味、用途广、性价比高、润滑性好等优点。因此钙锌热稳定剂在市场上发展比较好，具有良好的发展趋势。

钙锌热稳定剂中锌盐的作用在于使PVC的初期耐热性好，抑制PVC初期着色，但是当锌盐过多时生成的ZnCl₂对脱HCl 反应有催化作用，从而会使PVC试样后期颜色急剧变黑，这就是“锌烧”现象^[11]。然而钙盐不能够有效的抑制PVC 初期着色，但能使PVC 制品具有良好的长期热稳定性^[12]。锌盐和钙盐都无毒，但是它们在单独使用的时候^[12]，在抑制PVC 初期着色能力方面以及PVC 制品长期热稳定性方面都比较差，不能满足生产需求，通常情况下可以将它们进行复配，以便提高热稳定剂的性能。

钙锌热稳定剂有两种形态。分别是固体钙锌热稳定剂和液体热稳定剂。固体钙锌热稳定剂主要是以钙和锌为基础成分的化合物，其外观形态大都为粉状、粒状，在目前看来属于无毒、环保的热稳定剂体系，在生活中通常应用于材料包装、玩具等等。液体钙锌热稳定剂是以钙和锌的有机酸盐为主要成分，以及亚磷酸酯等辅助热稳定剂复配而成。液态钙锌热稳定剂的优点在于无毒。通常被广泛应用于薄膜、人造革等。

传统的钙锌热稳定剂热稳定性能比较差，容易造成“锌烧”现象^[13]，不能满足生产需求。为了改善钙锌热稳定剂的性能，通常情况下，可以添加辅助热稳定剂来改善热稳定性能，常见的辅助热稳定剂有环氧化合物、beta;-二酮、亚磷酸酯等^[14]。其中环氧化合物主要有环氧大豆油、环氧亚麻油、环氧脂肪酸辛酯等^[15]，环氧化合物主要目的主要提高钙锌热稳定剂的长期热稳定性能。beta;-二酮常见的有二苯甲酰甲烷和硬酯酰苯甲酰甲烷，beta;-二酮目的在于改善PVC制品的初期颜色。亚磷酸酯是最常用的辅助热稳定剂。亚磷酸酯目的在于改善钙锌热稳定剂抑制初期着色能力，同时提高PVC长期热稳定性能。

三．研究的内容和意义

由于PVC结构中存在缺陷（如头头结构、双键结构的活泼氯原子等等），它在高温和高剪切条件下进行加工时，PVC分子链上容易脱去HCl，从而导致聚合物发生降解^[16]，从而引起物料颜色的变化以及物理力学性能、机械性能的不断下降，直至失去使用价值^[17,18]。所以我们在成型加工时必须加入适当的热稳定剂来抑制PVC的热降解^[19]。而本课题主要研究的是以水滑石为基本原料，添加硬脂酸盐、抗氧剂等等复配PVC加工时用的热稳定剂，研究不同的配方比例，制作PVC薄膜并且研究其热稳定剂性能^[20]。随着工业生产的需求以及PVC自身存在的缺陷导致的热不稳定，因此为了解决PVC的热稳定性根本方法就是改进合成方法和工艺并且严格控制工艺条件，以此来减少不稳定性结构的生成。然而通过这种方法所达到的实际效果却并不是特别的乐观。所以，到目前为止，人们为了更好的实际效果，在工业的实际生产工程中，普遍使用的热稳定的方法是使用各种热稳定剂，通过热稳定剂来提高PVC的热稳定性。

四．参考文献