聚氯乙烯在高温下加工,容易释放HCL,形成不稳定的聚烯结构。同时,HCL具有自催化作用,可进一步降解PVC。此外,如果有氧或铁、铝、锌、锡、铜和镉等离子体存在,则会催化聚氯乙烯降解,加速其老化。因此,塑料会出现变色、变形、开裂、机械强度下降、电绝缘性能下降、脆性等各种不良现象。为了解决这些问题,必须在配方中添加稳定剂,特别是热稳定剂。聚氯乙烯使用的稳定剂包括热稳定剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂和螯合剂。根据产品使用要求和加工工艺要求,选择不同品种、不同数量的稳定剂进行配方设计。
(1)热稳定剂热稳定剂必须能够捕捉PVC树脂释放的自催化HCL,或反映PVC树脂产生的不稳定聚烯结构,以防止或减少PVC树脂的分解。一般来说,应考虑配方中选择的热稳定剂的特性、功能和产品要求。例如:
铅盐稳定剂主要用于硬制品。铅盐稳定剂具有热稳定剂好、电性能好、价格低等特点。但其毒性大,易污染产品,只能生产不透明产品。近年来,出现了大量的复合稳定剂,单组分稳定剂有被替代的风险。复合稳定剂具有专用性强、污染小、加工企业成分简单等优点。但由于没有统一的标准,复合稳定剂差异很大。
钡镉稳定剂是一种性能较好的热稳定剂。广泛应用于聚氯乙烯农膜中。通常用于钡镉锌、有机亚磷酸酯和抗氧化剂。
钙锌稳定剂可用作食品包装、医疗器械和药品包装中的无毒稳定剂,但其稳定性相对较低。钙稳定剂用量大时透明度差,易喷霜。钙锌稳定剂通常使用多元醇和抗氧化剂来提高其性能。最近,我国出现了用于硬管的钙锌复合稳定剂。
有机锡热稳定剂性能好,是聚氯乙烯硬制品和透明产品的好品种,特别是辛基锡几乎成为无毒包装产品不可缺少的稳定剂,但价格昂贵。
环氧稳定剂通常用作辅助稳定剂。这种稳定剂和钡镉钙锌稳定剂可以提高光和热的稳定性,其缺点是容易渗出。还有多元醇和有机亚磷酸酯作为辅助稳定剂。
近年来,稀土稳定剂和水滑石稳定剂也出现了。稀土稳定剂的主要特点是加工性能优异,而水滑石是无毒稳定剂。
(二)抗氧化剂聚氯乙烯产品在加工和使用过程中,由于加热和紫外线的作用而氧化,其氧化降解与游离基的产生有关。主抗氧化剂是链断裂终止剂或游离基消除剂。它的主要功能是与游离基结合,形成稳定的化合物,终止连锁反应。聚氯乙烯的主要抗氧化剂通常是双酚A。还有辅助抗氧化剂或过氧化氢分解剂,PVC辅助抗氧化剂是亚磷酸三苯酯和亚磷酸苯二异辛酯。主辅抗氧剂并用可发挥协同作用。
(3)紫外线吸收剂在户外使用的聚氯乙烯产品,由于其敏感波长范围的紫外线照射,聚氯乙烯分子变成刺激状态,或其化学键损坏,导致游离基链反应,促进聚氯乙烯降解和老化。经常添加紫外线吸收剂,以提高抗紫外线能力。PVC常用的紫外线吸收剂有三嗪-5、UV-9、UV-326、TBS、BAD、OBS。三嗪-5效果最好,但由于黄色使薄膜略带黄色,加入少量酞菁蓝可以改善。UV-9常用于PVC农膜,一般用量为0.2~0.5份。属水杨酸类TBS、BAD和OBS效果温和,与抗氧化剂一起使用,具有良好的抗老化效果。对于非透明产品,一般通过添加金红石钛白粉来提高耐候性。此时,如果添加紫外线吸收剂,则需要大量使用,不是很划算。
(4)在聚氯乙烯塑料稳定系统中,常添加的亚磷酸酯不仅是辅助抗氧化剂,还起到螯合剂的作用。它能与促进PVC脱HCL的有害金属离子产生金属络和物体。常用的亚磷酸酯有亚磷酸三苯酯、亚磷酸苯二异辛酯和亚磷酸二苯辛酯。PVC农膜一般用量为0.5~1份,单独使用时初期易着色,热稳定性差,一般与金属皂一起使用。