环境友好型增塑聚氯乙烯塑料配方设计

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1、张军（南京工业大学材料科学与工程学院）环境友好型增塑聚氯乙烯塑料配方设计主要内容1.概述2.PVC树脂选择3.稳定剂选择4.增塑剂选择5.阻燃剂选择6.改性剂选择7.填料选择8.润滑剂选择9.颜料选择10.应用实例1.概述聚氯乙烯(PVC)是目前世界上五大通用塑料品种之一，其塑料制品广泛地应用于工业、农业、交通运输、国防、公用民用建筑及人民生活等各个方面。PVC由于其原料来源广、成本低、生产技术成熟，用途广泛，使PVC发展极为迅速，从20世纪30年代到60年代中期，PVC产量一直占世界塑料产量第一位，其后聚乙烯取代PVC而跃居第一位，PVC则退居第二位。聚氯乙烯由于具有价格相对较

2、低，通过配方设计可得到满足多种不同用途需要的性能。软质PVC塑料制品配方中通常包含树脂、稳定剂、增塑剂、填料、润滑剂等。根据特殊需要还可加入改性剂、阻燃剂、颜料、加工助剂等。软质PVC塑料制品配方复杂，实际应用中相关影响因素多。RoHS指令从2006年7月1日起，欧盟正式实施“关于在电子电气设备中限制使用某些有害物质指令”－RoHS指令。RoHS指令涉及的产品包括10大类：大型家用电器类小型家用电器类、IT和通信设备类消费产品类照明设备类电气电子工具类玩具休闲及体育设备类医疗设备类监控和控制仪器类自动售货机类聚氯乙烯的污染性和毒性问题氯乙烯单体—污染性？毒性？聚氯乙烯树脂—污染性？

3、毒性？软质PVC塑料用助剂—污染性？毒性？软质PVC塑料制品—污染性？毒性？环境友好型增塑PVC塑料制品的配方设计主体材料—聚氯乙烯—污染性？毒性？软质PVC塑料制品配方用助剂—污染性？毒性？稳定剂选择填料选择增塑剂选择润滑剂选择阻燃剂选择加工助剂选择改性剂选择颜料选择2.PVC树脂选择聚氯乙烯树脂聚合反应属于自由基机理，主要包括链引发、链增长、链转移和链终止几个主要过程：1.链引发引发剂I进行热分解产生初期自由基R·链引发生成单体自由基：2.链增长单体自由基与单体反应生成链自由基3.链转移向单体引发剂等的链转移是PVC聚合时一种主要的终止方式：4.链终止除了上面的链转移终止外，还

4、有正常的链终止方式，即偶合终止和双基歧化终止。偶合终止：歧化终止：聚氯乙烯的聚合方法悬浮聚合、乳液聚合、本体聚合和溶液聚合四种目前主要采用前三种方法尤其是前二种制造PVC树脂，数量不大的具有特殊用途的PVC树脂采用溶液法制造。在工业化生产的PVC树脂中，悬浮法PVC约占整个PVC树脂产量的80%，乳液法PVC树脂约占10~15%，本体法PVC树脂约占10%。我国悬浮法PVC树脂所占比例还要高，约80~90%。悬浮聚合液态氯乙烯单体在分散剂（明胶、聚乙烯醇、甲基纤维素等）存在下，加入不溶于水而溶于单体的自由基引发剂，如过氧化苯甲酰、偶氮二异丁腈等，在一定的温度下，通过机械搅拌进行聚合

5、，直至80-90%氯乙烯单体转化为PVC。PVC悬浮聚合工艺条件一般为：聚合温度48—62℃，聚合压力0.6-1.5MPa，聚合时间6—10h。乳液聚合典型的PVC树脂乳液聚合体系主要由氯乙烯单体、含有乳化剂的水以及水溶性引发剂组成。这是一种以氯乙烯单体在乳化剂（烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、非离子表面活性剂等）作用下，分散在水中形成乳液，再用水溶性引发剂[如K2S2O8或H2O2/FeSO4/抗坏血酸（ascorbicacid）]来引发单体聚合的方法。PVC乳液聚合一般条件为：聚合温度40—60℃，聚合压力0.6—1.0MPa，由于采用此法生产的PVC树脂常用PVC糊的制备，故俗称“糊

6、树脂”。聚氯乙烯树脂中组成聚氯乙烯单体氯乙烯引发剂残骸其它助剂（分散剂、乳化剂等）悬浮法PVC树脂中的专用树脂是指高粘度电缆用树脂，无毒性输血袋用树脂等，一般无型号规定，通常根据用户要求专门生产。近年来，北京化工二厂、福州第二化工厂、锦西化工总厂引进美国B.F.Goorich公司技术生产卫生级PVC树脂，其技术指标见表聚氯乙烯树脂选择小结低残留氯乙烯单体低残留引发剂残骸低残留其它助剂（分散剂、乳化剂等）3.稳定剂选择具氯乙烯树脂的严重缺点之一是其有降解老化的高度倾向。PVC通常在100℃以上和受紫外线辐射，均会引起脱氯脱氢，当在氧或空气中时其降解速度更快。许多学者对聚氯乙烯的降解与

7、稳定进行了深入研究，就聚氯乙烯树脂的降解机理、影响因素、测定方法以及聚氯乙烯的降解机理和稳定机理等方面取得了一定的成果。聚氯乙烯热降解PVC降解是按两个平稳区为特征的两个阶段进行。第一阶段（最高温度为267℃），转化率约为65％，主要与氯化氢的生成有关。第二阶段（最高温度为447℃）是由聚合物中大分子中含有的共轭双键>C=C<的裂化而引起的，在高于327℃温度时，PVC发生碳化，导致碳的生成。聚氯乙烯热降解由于在PVC加工和PVC作为材料使用时，实际使用温度不超过32