PVC配方設計概要

鄧之俊 陸威 袁寶 張坤

摘 要：文章主要介紹了PVC配方設計的原料選擇，主要從PVC樹脂、增塑劑、穩定劑、潤滑劑、填充劑、著色劑等方面對PVC各類配方的設計作了詳細的介紹。文章給出了幾種原材料的使用選擇，通過對PVC配方中的原材料的詳細描述，使讀者能夠更加充分體會PVC配方中的原料性能，在設計各種PVC配方時從而降低生產廠家的原料成本，為PVC的配方設計提供物美價廉的指導。

關鍵詞：PVC樹脂;電纜料;增塑劑;穩定劑;工藝流程圖

聚氯乙烯（PVC）樹脂在塑料行業的使用非常廣泛，其分子間作用力較大，極性較強，根據不同的生產機器，一般需要的加工溫度在130～200℃左右。由于PVC分子內含有極性的氯基團，因此，PVC在光照、酸堿性條件下容易發生熱降解反應，PVC是一種不穩定的塑料材料，PVC是一種熱敏材料，對溫度的升高較為敏感，溫度會導致PVC中發生脫氯反應，從而導致了PVC降解，這種氯代基團若得不到及時印制，將會發生一連串的連鎖反應，從而導致PVC發生降解[1]。鑒于上述方面的缺陷，PVC在加工的過程中需要加入各種助劑，以便滿足人們的不用需求。

1 PVC配方中原材料的介紹

1.1 樹脂的選擇

工業生產上一般對PVC樹脂的描述使用K值或粘度，這種也就是我們通常換算過來的平均聚合度。樹脂的聚合度直接影響塑料的加工性能，PVC樹脂是一種剛性結構，一般聚合度高的樹脂不易加工，但是機械性能優異，耐摩擦能力好，低聚合度的樹脂，流動性好，適合注塑類塑料[2]，但是這類樹脂在加工過程中對溫度比較敏感，工業樹脂通常使用SG系列的代號，常用樹脂及使用見表1。

1.2 增塑劑體系

增塑劑的加入是為了降低PVC分子鏈間的范德華力，使它的玻璃化溫度、流動溫度以及所含微晶的熔點均降低。增塑劑可提高樹脂的可塑性，使制品柔軟、耐低溫性能好。

增塑劑的種類有鄰苯二甲酸酯類、直鏈酯類、環氧類、磷酸酯類等，就其綜合性能看，DOP是一個比較通用的增塑劑，目前也是塑料行業最通用的增塑劑，一直受到塑料行業的青睞，但是近些年歐盟RoHS環保對這類增塑劑有了限制，在玩具，餐具等塑料制品中禁止使用，因此，廠家將眼光轉向了更環保的DINP，應用較廣泛，電線電纜行業依然以使用DOP較多[3]。直鏈酯類如DOS屬耐寒增塑劑，分子量低，流動性好，這類增塑劑與PVC混在一起不易加工，一般根據使用需求的話添加量在8份左右。環氧類增塑劑具有耐熱和耐光性，這類增塑劑與鈣鋅穩定劑搭配使用，具有很好的熱穩定作用，同時一定量的環氧樹脂類增塑劑，有助于產品加工，工業建議添加量5-8份。PVC由于其自身結構，具有一定的阻燃性，通過添加氯化石蠟及磷酸酯類增塑劑，可以提高阻燃性能，這兩類增塑劑的電性能也較其他增塑劑優良，但隨增塑劑用量增加，電性能總體呈下降趨勢。工業使用增塑劑的添加量根據軟硬度一般在40-70份，過多過少都不易加工。

1.3 穩定劑體系

PVC在高溫加工過程中易釋放HCl，形成不穩定的聚烯結構。同時，這種HCl的釋放具有自催化作用，會使PVC進一步降解。另外，如果有氧存在或有鐵、鋁、鋅、錫、銅和鎘等離子存在時，都會對PVC起到降解作用，這種降解作用直接導致塑料制品產生一系列的不良現象，其中如變色、變脆以及機械強度降低，最終導致使用壽命降低。穩定劑的出現就是為了解決這類現象，最早使用較多的為鉛鹽類穩定劑，這類穩定劑穩定效果好，但是環保性能差，進而產生了一系列的鈣鋅穩定劑，常用穩定劑的使用方法如下。

鉛鹽穩定劑主要用在硬制品中。近年來市場上產生了大量的復合穩定劑，基本上已取代了單組分的穩定劑在使用。

鋇鎘類穩定劑是性能較好的一類熱穩定劑。

鈣鋅類穩定劑可作為無毒穩定劑，但是其穩定性并不是很好，通常需要搭配使用，加工過程中也容易變色，大量使用時不易加工，透明性差，通常需要搭配環氧類增塑劑及多元醇使用。

有機錫類熱穩定劑性能較好，是用于PVC硬制品與透明制品的較好品種，但其價格較貴[4]。

環氧類穩定劑通常作為輔助穩定劑。

1.4 加工助劑

加工助劑通常是加工過程中的小批量使用產品，主要是指潤滑劑，包括硬脂酸鹽（內潤滑為主）、硬脂酸（潤滑樹脂）、各類石蠟類（外潤滑）以及抗氧劑等潤滑劑的作用在于減少聚合物和設備之間的摩擦力，以及聚合物分子鏈之間的內摩擦。但是需要強調的是，所有的潤滑劑在內外潤滑使用上都是相對的，過多的內潤滑使用最終也會變成外潤滑，具體需要根據實際配方中使用量添加。

在硬質PVC塑料中，潤滑劑過量會導致加工不易，機械強度降低，也影響工藝操作。

1.5 填充料

在PVC的加工過程中通常會選擇加入無機填料作為增量劑，用于降低材料成本，同時無機填料的加入可以增加塑料制品的加工性能、機械性能，常用的無機填料有碳酸鈣、硫酸鋇、陶土以及白炭黑等，無機填料的加入，主要需要解決分散性問題，粒徑太粗，易于分散，但是制品表面不光滑;粒徑太細，不易分散，難加工，易團聚，制品雖然表面細膩，但是分散是難題[5]。

特別提出，白炭黑雖然可以提高軟制品的機械強度，但是不易過多加入，過多加入不利于機器加工，擠出性能也差，讀者在使用時要嚴格考慮用量。

2 結論

文章詳細介紹了PVC配方設計中各種原材料的選取及作用，對樹脂粉、增塑劑、穩定劑、潤滑劑及填充料等做了分段介紹，通過對PVC配方中的原材料的詳細描述，使讀者能夠更加充分體會PVC配方中的原料性能，在設計各種PVC配方時從而降低生產廠家的原料成本，為PVC的配方設計提供物美價廉的指導。

參考文獻：

[1]王文清，王雪梅.電纜料的開發現狀及發展動向[J].合成樹脂及塑料，2003，20（4）62-65.

[2]劉家棟，我國PVC電纜料行業現狀及對PVC樹脂的需求[J].聚氯乙烯，2001.

[3]李振平，石志博，我國增塑劑行業的現狀和發展[J].塑料助劑，2003（1）.

[4]錢慶榮，陳慶華，章文貢，有機錫熱穩定劑的研究進展[J].塑料科技，2002.

[5]孫永泰.CaCO3在PVC電纜料中的應用[J].塑料助劑，2007， 000（006）：44-46.

作者簡介：

鄧之俊，研究生學歷，中級工程師，德威新材先進材料研究院院長，研究方向：改性高分子材料，可控自由基聚合。