硬聚氯乙烯(PVC-U)門窗異型材是由PVC、穩定劑、抗沖擊改性劑、加工助劑、填料等按一定的配方配混、擠出成型的,PVC及助劑的選用對制品的性能有很大影響。隨著擠出硬PVC-U門窗異型材及塑料門窗行業的高速發展,相關的PVC及助劑行業也有了新的進展。
1 樹脂及助劑的選擇
1.1 PVC
生產PVC-U門窗異型材的,一般都使用懸浮法生產的疏松型PVC(SG-5)。特別需要指出的是,生產PVC原料的乙烯宜選用石油裂解法生產的,好不用電石法生產的。
1.2 熱穩定劑
(1)熱穩定劑的常用品種
鉛類熱穩定劑 在鉛類熱穩定劑中,三鹽基鉛的熱穩定性好,應用廣;二鹽基亞磷酸鉛的熱穩定性和耐初期著色性顯著,同時賦予制品良好的耐候性,而二鹽基硬脂酸鉛和硬脂酸鉛熱穩定性稍差,但潤滑性強,鉛鹽的大缺點是有毒性,且外觀易變色。鉛類熱穩定劑的發展重點在于消除粉塵污染,開發復合型鉛鹽。南京、溫州、重慶是國內三大無塵復合鹽生產基地,制造時大多是配合脂類潤滑劑,產品有粒狀、片狀,可較好地解決粉塵污染問題。
金屬皂類穩定劑 依其功能和機理分為主輔兩類。主金屬皂以CdZn為主,輔助金屬皂類穩定劑以Ba.Ca為主,主輔助金屬皂配合使用,具有協同效應,具有代表性的是Ba-Cd,Ba-Zn和Ca-Zn。國內常用的為Ba-Zn和Zn-Ca體系。
有機錫穩定劑 有機錫類穩定劑主要分為含硫有機錫和有機錫羧酸鹽兩類。
有機輔助穩定劑 有機輔助穩定劑通常與金屬鹽穩定劑并用,具有協同效應,主要包括亞磷酸脂、環氧化合物、多元醇、含硫輔助穩定劑、β-二酮輔助穩定劑。
稀土穩定劑 稀土穩定劑是我國新近開發出的新型熱穩定劑,具有價廉、無毒、性能高、透明性好、儲存穩定、耐候性優良等優點。實際使用的稀土穩定劑通常是稀土與金屬鈣或鋅的有機配混復合物。
(2)熱穩定劑的選用
不同國家和地區使用熱穩定劑的種類差別較大。美國熱穩定劑的構成特點是有機錫類穩定劑產量較高,鉛鹽穩定劑比例低,熱穩定劑的開發方向是無鉛、無鉻化。日本鉛鹽穩定劑的用量偏高,占50%以上,主要用于生產電纜料、PVC管材、異型材等。Ba-Zn鹽類消耗量占第二位,其次是Ca-Zn類和有機錫類。在歐洲,傳統的熱穩定體系是Ba.Cd.Pb系,迫于環保的壓力,型材生產廠開始試用新的熱穩定體系,如Ca-Zn體系等。
1.3 抗沖擊改性劑
在PVC塑料門窗異型材配方中通常用氯化聚乙烯(CPE)和丙烯酸脂共聚物(ACR)來提高PVC的抗沖擊強度和耐候性。
CPE抗沖擊改性劑 CPE的含氯量對改性PVC性能影響很大。UPVC門窗異型材用抗沖擊改性劑CPE含氯量為36%左右。CPE與PVC不相容,但如果溫度過高或施加過大剪切力,CPE可能會熔融在PVC中,使性能大大降低,因此CPE配方加工范圍很窄。CPE在PVC中理論加入量為10%-13%。
ACR類抗沖擊改性劑 ACR改性劑是將甲基丙烯酸甲脂接枝在烷基丙烯酸脂彈性體制成的。ACR類抗沖擊改性劑適用于戶外使用的UPVC塑料制品。與其他抗沖擊改性劑相比,ACR具有加工溫度范圍較寬、抗沖擊效果明顯、耐老化性能優良、兼有加工助劑的作用等特點。ACR尤其適用于型材的高速擠出。
1.4 潤滑劑
在UPVC門窗異型材成型加工用潤滑劑中,復合潤滑劑是近的發展方向,其優點在于:內潤滑性和外潤滑性比較均衡。常用的復合潤滑劑有石蠟烴類復合潤滑劑、金屬皂和石蠟烴復合潤滑劑、脂肪酰胺與其他潤滑劑復合物、以褐煤蠟為主體的復合潤滑劑、穩定劑與潤滑劑復合體系等。
1.5 加工助劑
PVC用高分子加工助劑分子量一般為1.2×105-2.5×106,現有的PVC用高分子加工助劑有ACR、MBS、ABS、E/VAC、CPE、PVC-VC等,其中有效的是ACR。
PVC加工助劑的開發趨勢是高效功能多樣化,當今應市的產品不促進樹脂熔融和流變改性的功能,還兼具其它一些性能,比如耐沖擊性能、熱穩定性能等。國內PVC加工助劑的產量及品種數量都明顯低于國外發展水平,目前國內有上海珊瑚、蘇州安利、山西省化工研究所、湖南寶應化工廠等科研生產基地。
1.6 填 料
近年來,隨著填料制備技術的不斷發展,超細的無機填料可同時提高塑料的剛性及韌性這一特點正越來越受到重視。提高填充PVC-U韌性的另一種很有效的方法是用偶聯劑處理填料。工業上常用的偶聯劑按化學結構可分為硅烷類、鈦酸酯類、鋁酸酯類、鋯類等幾大類。
1.7 著色劑
PVC-U門窗異型材用著色劑,除了應具備的基本性能(顏色、著色力、遮蓋力、耐光性和耐候性)外,還應考慮擠出加工條件的穩定性。異型材高速擠出已成為目前的發展潮流,高速擠出物料的溫度大幅度上升,達到原來部分可溶性有機著色劑能完全溶解的溫度,從而引起顏料顏色的變化。例如,PVC的溫度上升,可使顏色從紅色變為橙色,或者從橙色變為黃色。PVC-U門窗異型材以白色的耐候性和耐老化性好。
1.8 其它特種助劑
(1)化學發泡劑
化學發泡劑常用偶氮二甲酰胺(AC)。AC與PVC的相容性、分散性雖好,但分解溫度較高,在實際使用時必須添加一些發泡促進劑,如穩定劑等。常用穩定劑所起活化順序是:三鹽基性鉛>二鹽基性亞磷酸鉛>硬脂酸鉛>硬脂酸鋇>硬脂酸鈣。
近,化學發泡劑的發展趨勢是將吸熱和放熱型化學發泡劑復合以獲得性能。放熱型化學發泡劑提供低密度所需的氣體體積和壓力,而吸熱型化學發泡劑則賦予制品穩定、細密、規整的泡孔結構。
(2)阻燃消煙劑
阻燃劑雖能有效提高PVC-U的阻燃性,卻往往帶來煙霧和有毒氣體釋放量的增加。目前我國PVC建材用低煙難燃級產品開發的新動向是在阻燃體系中同時考慮阻燃和消煙的雙重要求。四川消防科學研究所采用多種金屬氧化物,輔以PVC改性劑制得SSH-93N阻燃消煙劑,它對PVC有較好的阻燃和消煙作用。汕頭大學采用Sb2O3、CaCO3和金屬氧化物制成了阻燃消煙體系。總后勤部軍需裝備研究所經過實驗發現,氧化鋅和氧化鎂的固相熔體是一種較好的阻燃消煙劑,其加入量為2%。
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