PVC润滑剂及在环保体系中的注意事项
润滑剂是PVC加工中必不可少的助剂。在PVC中添加适量润滑剂,可以降低PVC熔融前粒子之间和PVC熔体中大分子间的相互摩擦;降低PVC熔体与塑料机械接触面之间的相互摩擦。适量润滑剂可改善PVC熔体流动性,提高生产效率,并防止摩擦生热而引起PVC降解,提高制品外观质量。

按功能可分为外润滑剂和内润滑剂。外润滑剂与PVC相容性较差,易从树脂熔体内部迁移至表面,形成润滑剂界面层,从而降低PVC熔融前粒子之间和PVC熔体与塑料机械接触面之间的相互摩擦。内润滑剂含有极性基团,与PVC有较好的相容性,能减少PVC分子间作用力,降低熔体粘度,改善熔融流动性。
内外润滑剂之分只是相对而言,并无严格划分标准。在极性不同的树脂中,内外润滑剂的作用有可能发生变化。例如硬脂酸醇、硬脂酸胺、硬脂酸丁酯及硬脂酸单甘油酯对极性树脂(如PVC及PA)而言,起内润滑作用,但对于非极性树脂(如PE、PP)而言,则显示外润滑作用。相反,高分子石蜡等与极性树脂相容性差,如在极性PVC中用作外润滑剂,而在PE、PP等非极性树脂中则为内润滑剂。在不同加工温度下,内、外润滑剂的作用会发生变化,如硬脂酸和硬脂醇用于PVC加工成型初期,由于加工温度低,与PVC相容性差,主要起外润滑作用,当温度升高后,与PVC相容性增大,则转变为内润滑剂作用。
润滑剂品种较多。通常用两种或两种以上润滑剂组成PVC润滑体系,以降低其向制品表面迁移能力;改善润滑剂分散性,使内外润滑剂作用平衡。
常用润滑剂品种,按润滑剂的组成可分为:饱和烃类,金属皂类、脂肪族酰胺、脂肪酸类、脂肪酸酯类及脂肪醇类。
饱和烃类按极性可分为非极性烃(如聚乙烯蜡和聚丙烯蜡)、极性烃(如氯化石蜡、氧化聚乙烯等)。按分子量大小可分为:液体石蜡(C16~ C21)、固体石蜡(C26~ C32)、微晶石蜡(C32~ C70)及低分子量聚乙烯(分子量1000~10000)等,主要用于PVC无毒外润滑剂。
金属皂类既是优良的热稳定剂,又是一种润滑剂,内外润滑作用兼有,不同品种侧重稍有不同 。
脂肪族酰胺包括单脂肪酸酰胺和双脂肪酰胺两大类,单脂肪酰胺主要呈内润滑作用,主要品种有硬脂酸酰胺、芥酸酰胺、蓖麻油酸酰胺等;双脂肪酸酰胺主要呈外润滑作用,主要品种有N,N’-亚乙基双硬脂酰胺、N,N’-亚乙基蓖麻醇酸酰胺等。
脂肪酸类主要有(1) 硬脂酸,是仅次于金属皂类而广泛应用的润滑剂,在PVC中用量少时,起内润滑作用;用量大时,起外润滑作用。一般硬脂酸的加入量低于0.5份。(2)羟基硬脂酸,与PVC相容性好,显示内润滑作用,但热稳定性差。
脂肪酸酯类主要有(1)硬脂酸丁酯,外观为无色或淡黄色油状液体,在PVC中以内润滑为主兼具有外润滑作用,用量0.5~1.5份。(2)单硬脂酸甘油酯,代号GMS,外观为白色蜡状固体,为PVC优良内润滑剂,对透明性影响小,加入量低于1.5份,可与硬脂酸并用。(3)酯蜡和皂化蜡,主要指以褐煤蜡为主要原料,经漂白等工序制成的后序产品。漂白蜡有S蜡和L蜡,酯化蜡有E蜡和EG蜡,皂化蜡有O蜡和OP蜡。
随着PVC制品的扩大应用,对塑料助剂的卫生性、透明性、加工性等提出了严格要求,从而促进了新型润滑剂的开发应用。其中,酯类润滑剂发展较快,用量比例不断上升,德国Henkel公司Loxiol G系列润滑剂中,既有硬脂酸十八烷醇酯(G30)、油酸单甘油酯(G10)、蓖麻油酸单甘油酯(G11),还有硬脂酸单甘油酯(GMS)。二元羧酸高级醇酯,例如己二酸双(十八烷醇)酯已作为优良内润滑剂使用。脂肪酸与多元醇的齐聚复合酯分子量较大,耐抽出,不喷霜。兼具内外润滑性,是发展方向和开发重点,其代表性产品有Henkel公司的G70、G70S、G71、G72、G74等。二十世纪80年代中期以来,我国塑料助剂科研单位成功的开发了多种复合酯类润滑剂,已生产和应用的主要品种有LC-1、LC-2、LC-4、LC-6、LC-7、RH-60、WH-70、RW-100、ZB-16、ZB-74、H-16、H-74等。
值得注意的是,润滑剂的添加与稳定剂有很大的关系,PVC制品生产中,应按复合型热稳定剂产品说明书及参考配方合理使用。复合铅时代为了减少铅含量,在稳定剂配方中往往加入了大量的低分子石蜡作为滑剂,所以复合铅PVC配方要求后期加入的润滑剂不能太多,硬脂酸和PE蜡总量一般不能超过1Phr,以免出现“过润滑”等不良情况。
目前使用的大部分环保稳定剂(俗称钙锌稳定剂)的流变性为与复合铅有明显的不同,一般比复合铅塑化快。我们认为复合铅体系一般在螺杆后段塑化,且塑化程度即较高;而钙锌稳定剂体系在螺杆的前端就开始塑化,但塑化程度并不高,在螺筒里面不断塑化。现在的挤出设备一般是复合铅时代设计的,所以使用钙锌稳定剂时,一般外加的PE蜡要比复合铅时代高。有的工艺师在PVC环保化过程中,认为外加的PE蜡太多容易引起制品性能不合格。实际上如果钙锌稳定剂本身所含的滑剂少的话,外加的PE蜡超过2Phr也是可能的。
应当注意的是,钙锌稳定剂的配方如果没有充分考虑相容性的话,当PE蜡加量大时容易引起析出,析出可能在螺筒、模头、套筒等部位,引起产品质量的不稳定,所以除了提高钙锌稳定剂的相容性之外,PVC工艺师也要考虑PE蜡的相容性,或者要适当添加提高相容性的内润滑剂来减少析出的不良现象。
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