高熱穩定性通用PVC樹脂的加工特性及下游應用

高玉海，曹煥蘋，卓先振

（青島市塑料協會，山東 青島 266409）

2017年全球PVC產能5 800萬t，中國PVC產能2 393萬t，產量達到1 790萬t，表觀消費量達到1 730萬t，成為了名副其實的PVC生產和消費大國。然而，中國PVC市場卻是對內受到國內PP、PE等競品的擠占，對外受到國外高端PVC樹脂的影響，始終不能打入主流國際市場。2017年中國PVC粉料進口量為76.62萬t，主要進口國家或地區為美國、日本和臺灣；出口量為102.85萬t，主要出口國家或地區為東南亞和非洲等新興經濟體國家。

PVC樹脂本身具有熱穩定性差的先天缺陷，并且流動性不如PP、PE，在加工過程中往往要加入熱穩定劑、潤滑劑等助劑改善其性能。世界范圍內PVC熱穩定劑年消費量超過480 t，主要為有機錫、鉛鹽類，復合穩定劑和金屬皂類，北美地區復合型穩定劑占比45%左右，有機錫占比39%，鉛鹽占比15%左右，西歐主要是鉛鹽類，約占比49%，復合型穩定劑使用約30%，有機錫使用占比10%左右；中國市場使用硬脂酸鹽類占比35%，鉛鹽類占比40%，有機錫占比5%[1]。熱穩定劑的使用一來增加了成本，二來引入了鉛、錫、鋇、鎘等重金屬元素，使得PVC制品不符合環保要求，不能進入高端應用領域。

1 高熱穩定性通用PVC樹脂

從樹脂的生產源頭出發，為提升PVC樹脂熱穩定性及綜合性能，改善其下游加工性能，青島阿莫斯資源科技有限公司引進和研發了“氯乙烯原位引發聚合聚氯乙烯技術”，即釜內生成多組分、高效率引發劑技術，而NEWPAK助劑作為該技術的配套助劑，可以單獨使用，使原有樹脂性能獲得不同程度的提升。

高熱穩定性通用PVC樹脂是通過在聚合階段隨分散劑添加一定比例的NEWPAK助劑獲得的一種以熱穩定性為顯著特征的新型PVC樹脂，具體表現為160℃條件下，剛果紅熱穩定時間可達10min以上，同時老化、白度等指標較普通空白樹脂有提高。

2 樹脂生產及性能測試

2.1 樹脂生產和基本指標

實驗用樹脂為正常電石法工藝7～105 m3聚合釜生產的SG－5型通用PVC樹脂，聚合前期以VCM單體為基準添加了對應比例的NEWPAK助劑。

空白SG－5型樹脂指標與實驗所生產的樹脂指標對照表見表1，兩種樹脂在掃描電鏡下的形態圖見圖1，可以看出相比較空白樹脂，高熱穩定性通用PVC樹脂其基本指標變化不大，但是靜態熱穩定性指標有較大提升。

圖1 樹脂掃描電鏡下形態

表1 空白SG－5樹脂與高熱穩定性SG－5通用樹脂指標對照表

2.2 樹脂轉矩流變性能測試

樹脂轉矩流變測試通過模擬樹脂加工環境，從而獲得樹脂動態熱穩定性、流動性的直觀數據，對下游制品加工有重要的指導意義。實驗配方及設備參數見表2，轉矩流變實驗數據見表3，樹脂轉矩流變圖見圖2。

表2 實驗配方及設備參數

表3 轉矩流變實驗數據表

圖2 樹脂轉矩流變圖

從表3和圖2可以看出，高熱穩定PVC樹脂塑化時間更長，相比空白樹脂，塑化時間推后了約1 min，而且它的平衡扭矩低，熱分解時間長，這說明高熱穩定性通用PVC樹脂的熱穩定性能、樹脂流動性較普通空白樹脂要好，更有利于下游加工。

3 下游制品加工實例

參考轉矩流變結果，實驗人員認為高熱穩定性通用PVC樹脂在下游加工時可適當減少熱穩定劑的用量。為驗證這一假設，選取了華南、華北兩地3家PVC制品工廠，在3種產品上進行了加工試驗。

3.1 硬質PVC透明片材加工應用

制品廠家主要生產硬質透明片材，產品質量要求透明度高、晶雜點少，同時對拉伸強度和斷裂伸長率有一定要求。試驗人員對配方進行了調整，對熱穩定劑甲基錫減量16%。制品產出后，經廠方質檢部門檢測達到了合格標準。前后配方進行比較，至少可帶來100元/t PVC的收益。硬質PVC透明片材制品加工配方（百份PVC計）比較表見表4。

表4 硬質PVC透明片材制品加工配方（百份PVC計）比較表

3.2 密封條粒料加工應用

制品廠家主要生產箱包密封條粒料，對白度、拉伸強度、斷裂伸長率有要求，試驗人員對配方中鈣鋅穩定劑進行了調整，減量18%。生產過程中，塑料加工設備擠出量有提高，檢測顯示制品各項指標滿足質量要求，并帶來約140元/t PVC的經濟效益。密封條粒料制品加工配方（百份PVC計）比較表見表5。

表5 密封條粒料制品加工配方（百份PVC計）比較表

3.3 軟質透明薄膜加工應用

制品廠家主要生產軟質透明薄膜，要求產品透明度要好，顏色要求鮮亮，不能有晶點雜質。試驗人員對配方中鋇鎘鋅穩定劑進行了調整，減量26%。產品檢測時發現，產品的透明度和白度有了提高，減量熱穩定劑帶來了80元/t的經濟效益。軟質透明薄膜制品加工配方（百份PVC計）比較表見表6。

表6 軟質透明薄膜制品加工配方（百份PVC計）比較表

4 結語

我們對高熱穩定性通用PVC樹脂和普通空白樹脂進行了轉矩流變對照測試，測試發現高熱穩定性通用PVC樹脂的熱穩定性和流動性要優于普通樹脂，因此提出了下游加工可減量熱穩定劑的假設。實地PVC制品加工試驗中，選取了硬質透明片材、密封條粒料、軟質透明薄膜等3種產品進行連續生產試驗，減量16%～30%不等的鈣鋅、甲基錫或是鋇鎘鋅復合熱穩定劑后，高熱穩定性通用PVC樹脂仍表現出較好的熱穩定性能和良好的加工流動性，同時帶來了80～140元/t不等的經濟收益。

目前中國國內市場PVC熱穩定劑年產銷量在60萬t，如果下游加工企業使用高熱穩定性通用PVC樹脂，以熱穩定劑減量15%計，就可以節省9萬t的熱穩定劑用量。目前市場上，復合鉛鹽熱穩定劑價格約為8 000～8 500元/t，國產鈣鋅穩定劑在12 000～15 000 元/t，以 10 000 元/t計，那么每年在熱穩定劑上就可以為PVC下游加工企業節省9億元成本。

推廣使用高熱穩定性通用PVC樹脂，不僅可以為制品企業節省成本，而且還可以切實推進PVC塑料環保化進程，推動PVC制品行業向著環保化、安全化的方向發展，提升中國PVC行業的市場競爭力。