热稳定剂的性能特点及应用
在实际配合中,除了要求稳定剂满足热稳定性需要以外,往往还要求其具有优良的加工性、耐候性、初期着色性、光稳定性,对其气味、粘性也有严格要求,同时,聚氯乙烯制品也是千变万化的，包括管材、片材、吹塑件、注塑件、泡沫制品、糊树脂等,因此,聚氯乙烯加工时热稳定剂的选择非常重要,加工配方大多需要加工厂家自行开发。
1.1有机锡
(1)卓越的透明性有机锡稳定剂最大的优点是具有卓越的透明性,使用有机锡稳定剂的PVC配方,可得到结晶般的制品。正因为如此,有机锡可用于瓶子、容器、波纹板、各种类型的硬质包装容器、软管、型材、薄膜等。
(2)超凡的热稳定性在热稳定性方面目前还没有任何其它类型的热稳定剂能超过它。因此,它是硬质PVC首选的稳定剂,某些品种在软质制品中性能也较好。适用于所有的PVC均聚物,如乳液、悬浮和本体PVC,以及氯乙烯的共聚物、接枝聚合物和共混聚合物。
(3)产品无毒大多数有机锡稳定剂是无毒的,加之有机锡稳定剂在硬质PVC中的迁移极微,因此,有机锡稳定剂是接触食品用PVC首选的热稳定剂。
(4)良好的相容性有机锡稳定剂与PVC相容性良好,因此一般不会出现象铅盐稳定剂、金属皂稳定剂体系所常见的在金属表面沉析的现象。
(5)润滑性差含硫的锡类稳定剂自润滑性稍差,因此,许多市售的含硫有机锡都配合有润滑剂,以防止加工时热熔体粘附在加工设备上。
(6)成本昂贵同其它类型的稳定剂相比,有机锡稳定剂的综合性能更接近理想中的稳定剂。但所有有机锡稳定剂,不管结构如何,主要缺点是制造成本比铅类稳定剂或金属皂类复合物高得多。近年来,通过采用新的合成技术,或者降低其在配方中的使用量,已使其配方成本有所下降。70年代,国外开发了低价锡产品,降低了锡含量,也从一定程度上使价格得以降低。
1.2铅盐
(1)l稳定性优良实验证明,在常用的盐基性铅盐中,亚硫酸盐的耐热性优于硫酸盐,而硫酸盐的耐热性优于亚磷酸盐。PVC行业中应用极广的三盐基硫酸铅的有效铅含量较高,比其它产品表现出更为出色的热稳定性。
(2)绝缘性优良由于铅盐是非离子的,且不导电,因而是惰性的,这使得铅盐类稳定剂在电线、电缆行业有着广泛用途。
(3)耐候性优良许多盐类化合物能起到白色颜料的作用,能够表现出很强的覆盖力,因而具有较强的耐候性。
(4)透明性差透明性是与耐候性相互关联的问题,在电线、电缆及唱片材料方面使用,不必关心透明性问题,因为这些产品大多为白色或很深的暗黑色。
(5)价格低廉铅盐稳定剂是所有稳定剂品种中价格最低的,因此,尽管新型稳定剂不断推出,半个世纪之后铅盐稳定剂仍占据着稳定剂的主导市场。为解决粉尘和分散问题而推出的复合铅盐在价格上有所提高,但仍然保持着与其它类型稳定剂的竞争优势。
(6)有毒铅盐稳定剂的毒性限制了它在许多卫生要求严格的场合中应用。比如许多国家都已经修订了饮用水中铅含量标准,在PVC上水管中使用铅盐已不可能。
(7)分散性差盐铅的分散性较差,但新推出的一包装产品中配合了润滑剂,从一定程度上解决了分散性问题。正因为铅盐稳定剂具有以上特点,特别适用于高温加工,广泛用于各种不透明硬、软制品以及电缆料中,如各类管材、板材、室内外异型材、泡沫塑料、人造革以及电线、电缆、唱片、焊条等。最重要的铅盐稳定剂是三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、二盐基硬脂酸铅等。
1.3有机锑
(1)稳定性较好在相同温度下有机锑稳定剂具有与有机锡基本一样的色泽稳定性和较低的熔融粘度,在双螺杆挤出工艺中,与硬脂酸钙并用时效果尤为突出。
(2)价格较低有机锑稳定剂比甲基锡或丁基锡都低得多。除此之外,有机锑使用量较低,因此使用有机锑可获得较好的性能/价格平衡。
(3)产品无毒在美国,用双螺杆挤出机来制造PVC管时,采用锑系稳定剂和硬脂酸钙及其他润滑剂组成的配方制造的PVC上水管符合美国NSF(National Sanitation Foundation)规定。
(4)透明性和光稳定性差有机锑化合物的透明性不如有机锡稳定剂,也低于钡/福和钙/锌金属皂体系,与铅盐类接近,光稳定性也较差,因此锑稳定剂多用于室内无颜色要求的制品。锑稳定剂本身也要求贮存于不透明的容器内。
(5)润滑性差锑类稳定剂润滑性较差,因此,它的使用无一例外地要配合大量的润滑剂。
1.4金属皂
(1)锡皂稳定剂福皂是金属皂中性能最佳的一类,其优点还体现在无初期着色,可制得无色透明产品;优良的光稳定性;有防止析出粘附的效果。但因锡盐有毒,在劳动安全卫生法中对其制造和使用都有严格的规定。近年来,福皂的使用呈下降的趋势。
(2)锌皂稳定剂锌类稳定剂对PVC的热稳定性极差,添加锌皂的样片加热时急剧变黑,即产生所谓“锌烧(Zine burning)”现象,但其具有如下优点:初期着色性优良;防止积垢效果好;可提高耐候性;许多锌皂被认可为无毒稳定剂,所以与钙皂可并用于无毒配方。
(3)钡皂稳定剂钡类化合物热稳定性好,并且具有良好的润滑性,但加工时产生红色初期着色,还容易引起粘辊现象。
(4)钙皂稳定剂稳定性差,但世界各国公认其为无毒添加剂,具有优良的润滑性。
(5)其它金属皂稳定剂工业上使用的金属皂还有硬脂酸镁、硬脂酸锉、硬脂酸铝、硬脂酸钾等,其中硬脂酸镁与硬脂酸钙相似,可用于接触食品的材料;硬脂酸铝与硬脂酸锌相似,美国FDA和日本氯乙烯食品卫生协会准许用于食品包装;硬脂酸锉、硬脂酸钾也为无毒产品,属于铅盐、锡皂和钡皂的替代品。
(6)复合金属皂稳定剂加工行业对稳定剂的性能要求是多方面的,而单一的金属皂往往满足不了使用要求,因此复合稳定剂的使用已成为一种趋势。PVC工业中极少使用单一的金属皂化合物,而通常是几种金属皂的复合物。这种复合物不是性能的简单加合,而是利用了组分之间的协同作用。复合金属皂稳定剂中一般包括稳定剂主体(即金属皂)、溶剂(有机溶剂、增塑剂、液态非金属稳定剂等)、功能助剂(辅助稳定剂、透明改良剂、光稳定剂、润滑剂等)。根据形态分为固体复合物和液体复合物,根据主成分可分为钙/锌复合稳定剂、钡/福复合稳定剂、钡/锌复合稳定剂等。其中钙/锌复合稳定剂因为无毒,在取代有毒金属方面具有举足轻重的作用。
1.5稀土稳定剂
(1)优异的热稳定性稀土稳定剂的热稳定性优于传统铅盐系及钡/锌、钡/镐/锌类稳定剂。在某些应用中,稀土稳定剂可部分或全部替代有机锡。
(2)透明性好稀土稳定剂的折光率与PVC树脂非常接近,可替代传统使用的有机锡,用于较高透明性要求的制品领域。
(3)优良的耐候性能稀土元素可吸收230-320nm的紫外光,因此,稀土稳定剂具有抗光老化作用,适合于PVC波纹板、窗材等户外制品。
(4)优异的电绝缘性能某些稀土多功能稳定剂可用于取代铅盐系稳定剂用于电缆料配方,其电绝缘性能可与铅盐媲美。
(5)无毒、安全卫生稀土元素为低毒元素,在其生产加工、运输贮存中对人体均无毒性危害。稀土稳定剂为无毒产品,可用于食品包装和医药包装制品。
(6)加工性能稍差稀土稳定剂用量较大的情况下,物料的离辊性不理想,有压析倾向。一般通过配合使用硬脂酸或硬脂酸钙可达到较好的效果。
综上所述,稀土稳定剂可用于上下水管、注塑管件、窗框异型材、门板壁板、电线槽管、发泡制品、人造革、电缆料、软硬透明制品、食品包装材料等。
1.6辅助稳定剂辅助稳定剂包括亚磷酸醋、环氧大豆油、受阻酚等,主要依靠与金属稳定剂之间的协同效应提高稳定效果,一般称作共稳定剂。而介氨基巴豆酸醋、2一苯基叫噪、脉类衍生物、吞一二酮等化合物除了可与金属稳定剂并用而改善金属稳定剂的效果以外,自身也具有一定的稳定效能,这类化合物通常称作纯有机稳定剂。PVC稳定剂发展至今天,金属稳定剂的进展相对缓慢,而辅助稳定剂的研究与开发空前活跃,已构成PvC稳定剂领域的一大潮流。辅助稳定剂极少单独使用,常与主稳定剂配合使用,改善初期着色,或者改善长期稳定性能。
