新型環保鈣鋅穩定劑CZPS 在PVC-U型材生產中的應用

程建軍 唐圣奎 張鵬

新型環保鈣鋅穩定劑CZPS 在PVC-U型材生產中的應用

程建軍 唐圣奎 張鵬

【摘 要】本文通過流變實驗、規模化連續生產論證了環保鈣鋅穩定劑CZPS在PVC-U型材生產中的應用情況，并對不同生產周期內PVC-U型材的表面光澤度和力學性能變化情況進行了分析。結果表明，環保鈣鋅穩定劑CZPS是一種可替代復合鉛鹽穩定劑應用于PVC-U型材中的理想產品。

【關鍵詞】環保鈣鋅穩定劑；未增塑聚氯乙烯；型材；應用；生產周期

熱穩定劑作為PVC加工過程必須添加的助劑，伴隨著PVC制品的發展而發展[1,2]，由最初的單體鎘、鉛穩定劑等逐步發展到復合鉛穩定劑，再到鈣鋅、鋇鋅、有機錫穩定劑，逐步走向環保化、綠色化。與傳統鉛鹽穩定劑相比，一般鈣鋅穩定劑的熱穩定性難以達到相應水平[3]，潤滑體系較難調整，原料選用及體系設計稍有不當即會導致初期著色能力差、“鋅燒”、析出、清模周期短而嚴重影響其加工性能，導致一般鈣鋅穩定劑的連續生產運行周期短、生產穩定性差，且難以滿足高速擠出工藝要求。同時其原料成本高于傳統鉛鹽穩定劑，使得鈣鋅穩定劑的應用成本居高不下，在無強制性禁鉛的行政命令前，大規模推廣應用阻力較大。

海螺塑料研究所經過多年的研究，開發出了新型環保鈣鋅復合穩定劑CZPS，本文通過流變實驗、規模化連續生產對環保鈣鋅復合穩定劑CZPS在PVC-U型材中的應用進行了論證，與復合鉛鹽配方體系進行了對比，并跟蹤分析了其生產周期以及周期內PVC-U型材表觀質量、內在性能的變化情況。

1.實驗部分

1.1 主要實驗原料

PVC：SG-5型；氯化聚乙烯（CPE）：135A型，加工助劑ACR，輕質活性碳酸鈣；鈦白粉：金紅石型，環保鈣鋅穩定劑；CZPS：自制。靜置24h后風送至擠出機進行PVC-U型材連續生產，過程中分別取混合料和PVC型材樣品進行各項性能測試，跟蹤論證規模化連續生產運行周期以及生產周期內型材表面光澤度、拉伸沖擊強度、彎曲彈性模量的變化情況。

1.2 主要實驗儀器和設備

自動混料系統（FM1000）：奧地利HENSCHEL公司；平行雙螺桿擠出機TTS88：奧地利THEYSOHN公司。

轉矩流變儀：德國BRABENDER公司；拉伸沖擊儀：意大利CEAST公司；光澤度測試儀：德國BYK-Gardner公司；萬能試驗機：深圳市瑞格爾儀器有限公司；角強度試驗機：德國歐鵬(URBAN)機械設備有限公司。

1.3 實驗方法

將PVC、CaCO3、環保鈣鋅復合穩定劑CZPS、CPE、加工助劑ACR等加入料罐中經自動稱量、熱混、冷混后風送入混合料庫，

1.4 性能測試

1.4.1 流變性能

準確稱取60g混合料，按操作步驟加入到轉矩流變儀進行流變行為測試，記錄流變數據，并測試環保鈣鋅配方的動態熱穩定時間。實驗條件：溫度為185℃，轉子速度為42rpm/min。

1.4.2 光澤度

使用60°光源的對PVC型材樣品進行光澤度測試。

1.4.3 各項物理性能指標

按照GB/T8814-2004標準要求對PVC型材樣品進行低溫落錘沖擊、加熱后尺寸變化率、加熱后狀態、拉伸沖擊強度、彎曲彈性模量、焊角強度、維卡軟化點進行測試。

1.4.4 鉛、隔、汞含量測試

將生產的PVC-U型材送通標標準技術服務有限公司（SGS）對鉛、隔、汞等有害物質含量進行測試，其中鉛、汞含量參照US EPA方法3052:1996測定，采用ICP-OES進行分析，隔含量參照EN 1122:2001 B方法測定，采用ICP-OES和AAS進行分析。

2.實驗結果

2.1環保鈣鋅CZPS配方體系的流變性能

表1 復合鉛鹽配方體系與環保鈣鋅CZPS配方體系混合料流變參數

由表1可以看出，環保鈣鋅CZPS配方體系的塑化時間明顯較復合鉛鹽配方體系提前，且最小扭矩偏高，主要原因是兩種穩定劑配方所使用的潤滑劑及體系搭配不同，但兩種配方體系的最大扭矩、平衡扭矩、平衡溫度基本相當，對擠出加工性能影響不大[4-5]。同時檢測環保鈣鋅CZPS配方體系動態熱穩定時間為26′49"，可以較好地滿足擠出生產工藝要求。

2.2 環保鈣鋅CZPS配方體系的擠出加工性能

表2 復合鉛鹽配方與環保鈣鋅CZPS配方體系擠出加工工藝參數

在Theysohn TTS88平行雙螺桿擠出機上對環保鈣鋅CZPS配方體系進行擠出加工論證，從表2復合鉛鹽配方體系與環保鈣鋅CZPS配方體系擠出加工工藝對比可以看出，環保鈣鋅CZPS配方體系擠出加工工藝與復合鉛鹽配方體系基本相當，無需對擠出生產工藝進行大幅度調整，進一步驗證了環保鈣鋅CZPS配方體系可以滿足高速擠出生產工藝要求。2.3 產品物理性能

表3 復合鉛鹽配方體系與環保鈣鋅CZPS配方體系生產的PVC-U型材的物理性能

由表3可以看出，CZPS鈣鋅配方體系生產的PVC型材各項物理性能檢測均可達到技術指標要求，且與復合鉛鹽配方體系相比無明顯差異。

2.4 鉛、隔、汞含量檢測情況

表4為通標標準技術服務有限公司（SGS）對生產的PVC-U型材鉛、隔、汞含量檢測結果，可以看出，所生產的PVC-U型材中不含有害物質隔和汞，鉛含量則為153ppm，低于ROHS指令等歐美文件對PVC制品鉛含量的要求。

表4 環保鈣鋅CZPS配方體系生產PVC-U型材中鉛、隔、汞含量

2.5生產周期內PVC-U型材表觀質量變化情況

鈣鋅配方體系在PVC型材中應用易出現因析出而導致清模周期短，型材表面光澤度以及型材物理性能快速衰減等問題。通過對環保鈣鋅CZPS配方體系進行規模化連續生產運行跟蹤，其生產周期可達到10天以上，口模及干定型入口處均無析出物，目前該配方體系已在海螺型材規模化生產應用近兩年時間。

圖1為同一臺擠出機、同一模具不同生產周期內PVC型材表面光澤度檢測變化情況，可以看出，型材表面光澤度隨著生產時間的延長呈逐步上升趨勢，未出現明顯衰減現象，表明生產周期內型材表觀質量保持良好。

2.6 生產周期內PVC-U型材力學性能變化情況

圖2、3分別為同一臺擠出機、同一模具不同生產周期內PVC-U型材拉伸沖擊強度、彎曲彈性模量檢測變化情況，可以看出，均未隨著生產時間的延長而出現快速衰減現象，其中型材拉伸沖擊強度隨著生產時間的延長先逐漸上升，后緩慢下降，彎曲彈性模量則隨著生產時間的延長呈先下降后上升的趨勢，表明生產周期內PVC-U型材內在質量穩定。

3.結論

3.1 環保鈣鋅CZPS配方體系可以滿足高速擠出生產工藝要求。

3.2 使用環保鈣鋅CZPS配方體系生產型材的物理性能滿足技術標準要求，且與復合鉛鹽配方體系相比無明顯差異。

3.3 環保鈣鋅CZPS配方體系生產周期可達到10天以上，且生產周期內型材表觀質量保持良好，內在質量穩定；SGS檢測滿足ROHS指令等歐美文件對PVC制品的環保要求。

3.4 綜上所述，環保鈣鋅穩定劑CZPS是一種理想的替代復合鉛鹽穩定劑在PVC-U型材領域使用的無鉛產品。

【參考文獻】

[1] 吳茂英.PVC熱穩定劑的發展趨勢與技術進展．塑料，2010，39(3)：1—7．

[2] 李梅，姜在勇，柳召剛，等.氰尿酸鑭的協同作用及其復合穩定劑的研究.塑料科技，2013，42（3）：80-84.

[3] 翟英俊，唐偉，高爾金，等.輔助助劑對鈣鋅復合熱穩定劑性能的影響.聚氯乙烯，2013，41（2）：29-32.

[4] 施珣若，王華周，童敏偉，等.有機復合TF790KX穩定劑在PVC-U型材加工中應用.塑料助劑，2013，（1）：31-34.

[5] 李杰，劉芳，陳祖欣.塑料潤滑劑表面助劑原理與應用.北京：中國石化出版社，2006:130-144.

（作者單位：蕪湖海螺型材科技股份有限公司）

【中圖分類號】TU532.1

【文獻標識碼】A

【文章編號】1671-3362（2015）08-0054-03