PVC塑料型材配方主要由PVC樹(shù)脂和助劑組成的，其中助劑按功能又分為：熱穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑，劑、加工改性劑、沖擊改性劑、填充劑、耐老化劑、著色劑等。在設(shè)計(jì)PVC配方之前，較早先應(yīng)了解PVC樹(shù)脂和各種助劑的性能。
原料與助劑
PVC樹(shù)脂
生產(chǎn)PVC塑料型材的樹(shù)脂是聚氯乙烯樹(shù)脂(PVC)，聚氯乙烯是由氯乙烯單體聚合而成的聚合物，產(chǎn)量?jī)H次于PE，居第二位。
PVC樹(shù)脂由于聚合中的分散劑的不同可分為疏松型(XS)和緊密型(Ⅺ)兩種。疏松型粒徑為0．1—0．2mm，表面不規(guī)則，多孔，呈棉花球狀，易吸收增塑劑，緊密型粒徑為0．1mm以下，表面規(guī)則，實(shí)心，呈乒乓球狀，不易吸收增塑劑，目前使用疏松型的較多。
PVC又可分為普通級(jí)(有毒PVC)和衛(wèi)生級(jí)’ (無(wú)毒PVC)。衛(wèi)生級(jí)要求氯乙烯(VC)含量低于lOXl0-6，可用于食品及醫(yī)學(xué)。合成工藝不同，PVC又可分為懸浮法PVC和乳液法PVC。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB／T5761-93《懸浮法通用型聚氯乙烯樹(shù)脂檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，懸浮法PVC分為PVC-SGl到PVC-SG8Jk種樹(shù)脂，其中數(shù)字越小，聚合度越大，分子量也越大，強(qiáng)度越高，但熔融流動(dòng)越困難，加工也越困難。具體選擇時(shí)，做軟制品時(shí)，一般使用PVC-SGl、PVC-SG2、PVC-SG3型，需要加人大量增塑劑。例如聚氯乙烯膜使用SG-2樹(shù)脂，加入50~80份的增塑劑。而加工硬制品時(shí)，一般不加或很少量加入增塑劑，所以用PVC-SG4、VC-SG5、PVC-SG6、PVC-SG7、PVC-SG8型。如PVC硬管材使用SG-4樹(shù)脂、塑料門(mén)窗型材使用SG-5樹(shù)脂，硬質(zhì)透明片使用SG-6樹(shù)脂、硬質(zhì)發(fā)泡型材使用SG-7、SG-8樹(shù)脂。而乳液法PVC糊主要用于人造革、壁紙及地板革和蘸塑制品等。一些PVC樹(shù)脂廠家出廠的PVC樹(shù)脂按聚合度(聚合度是單元鏈節(jié)的個(gè)數(shù)，聚合度乘以鏈節(jié)分子量等于聚合物分子量)分類，如山東齊魯石化總廠生產(chǎn)的PVC樹(shù)脂，出廠的產(chǎn)品為SK-700；SK-800；SK—1000；SK—1100；SK-1200等。其SG-5樹(shù)脂對(duì)應(yīng)的聚合度為1000—1100。PVC樹(shù)脂的物化性能見(jiàn)第四篇。
PVC粉末為一種白色粉末，密度在1．35—1．45g／cm3之間，表觀密度在0．4-0．5g／cm3。視增塑劑含量大小可為軟、硬制品，一般增塑劑含量0-5份為硬制品，5-25份為半硬制品，大于25份為軟制品。
PVC是一種非結(jié)晶、極性的高分子聚合物，軟化溫度和熔融溫度較高，純PVC一般須在160—210~C時(shí)才可塑化加工，由于大分子之間的極性鍵使PVC顯示出硬而脆的性能。而且，PVC分子內(nèi)含有氯的基團(tuán)，當(dāng)溫度達(dá)到120~C時(shí)，純PVC即開(kāi)始出現(xiàn)脫HCl反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致PVC熱降解。因此，在加工時(shí)須加入各種助劑對(duì)PVC進(jìn)行加工改性和沖擊改性，使之可以加工成為有用的產(chǎn)品。
PVC樹(shù)脂主要用于生產(chǎn)各類薄膜(如日用印花膜、工業(yè)包裝膜、農(nóng)用大棚膜及熱收縮膜等)、各類板、片材(其片材可用于吸塑制品)，各類管材(如無(wú)毒上水管、建筑穿線管、透明軟管等)、各類異型材(如門(mén)、窗、裝飾板)，中空吹瓶(用于化妝品及飲料)，電纜、各類注塑制品及人造革、地板革、搪塑玩具等。
穩(wěn)定劑
純的PVC樹(shù)脂對(duì)熱極為敏感，當(dāng)加熱溫度達(dá)到90Y：以上時(shí)，就會(huì)發(fā)生輕微的熱分解反應(yīng)，當(dāng)溫度升到120C后分解反應(yīng)加劇，在150C，10分鐘，PVC樹(shù)脂就由原來(lái)的白色逐步變?yōu)辄S色—紅色—棕色—黑色。PVC樹(shù)脂分解過(guò)程是由于脫HCL反應(yīng)引起的一系列連鎖反應(yīng)，較后導(dǎo)致大分子鏈斷裂。防止PVC熱分解的熱穩(wěn)定機(jī)理是通過(guò)如下幾方面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
通過(guò)捕捉PVC熱分解產(chǎn)生的HCl，防止HCl的催化降解作用。
鉛鹽類主要按此機(jī)理作用 ，此外還有金屬皂類、有機(jī)錫類、亞磷酸脂類及環(huán)氧類等。
&置換活潑的烯丙基氯原子。金屬皂類、亞磷酸脂類和有機(jī)錫類可按此機(jī)理作用。
&與自由基反應(yīng)，終止自由基的反應(yīng)。有機(jī)錫類和亞磷酸脂按此機(jī)理作用。
&與共扼雙鍵加成作用，抑制共扼鏈的增長(zhǎng)。
有機(jī)錫類與環(huán)氧類按此機(jī)理作用。
&分解過(guò)氧化物，減少自由基的數(shù)目。有機(jī)錫和亞磷酸脂按此機(jī)理作用。
&鈍化有催化脫HCl作用的金屬離子。
同一種穩(wěn)定劑可按幾種不同的機(jī)理實(shí)現(xiàn)熱穩(wěn)定目的。
常用穩(wěn)定劑品種：
1、鉛鹽類
鉛鹽類是PVC較常用的熱穩(wěn)定劑，也是十分有效的熱穩(wěn)定劑，其用量可占PVC熱穩(wěn)定劑的70％以上。
鉛鹽類穩(wěn)定劑的優(yōu)點(diǎn)：熱穩(wěn)定性優(yōu)良，具有長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性，電氣絕緣性能優(yōu)良，耐候性好，價(jià)格低。
鉛鹽類穩(wěn)定劑的缺點(diǎn)：分散性差、毒性大、有初期著色性，難以得到透明制品，也難以得到鮮明色彩的制品，缺乏潤(rùn)滑性，易產(chǎn)生硫污染。
常用的鉛鹽類穩(wěn)定劑有：
(1)三鹽基硫酸鉛
分子式為3PbO．PbSO．H20，代號(hào)為T(mén)LS，簡(jiǎn)稱三鹽，白色粉末，密度6．4g／cm’。三鹽基硫酸鉛是較常用的穩(wěn)定劑品種，一般與二鹽亞磷酸鉛一起并用，因無(wú)潤(rùn)滑性而需配人潤(rùn)滑劑。主要用于PVC硬質(zhì)不透明制品中，用量一般2~7份。
(2)二鹽基亞磷酸鉛
分子式為2PbO．PbHPO3.H2O，代號(hào)為DL，簡(jiǎn)稱二鹽，白色粉末，密度為6．1g／cm3。二鹽基亞磷酸鉛的熱穩(wěn)定性稍低于三鹽基硫酸鉛，但耐候性能好于三鹽基硫酸鉛。二鹽基亞磷酸鉛常與三鹽基硫酸鉛并用，用量一般為三鹽基硫酸鉛的1／2。
(3)二鹽基硬脂酸鉛
代號(hào)為DLS，不如三鹽基硫酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛常用，具有潤(rùn)滑性。常與三鹽基硫酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛并用，用量為0．5—1．5份。
2、金屬皂類
為用量?jī)H次于鉛鹽的第二大類主穩(wěn)定劑，其熱穩(wěn)定性雖不如鉛鹽類，但兼具潤(rùn)滑性。金屬皂類可以是脂肪酸(月桂酸、硬脂酸、環(huán)烷酸等)的金屬(鉛、鋇、鎘、鋅、鈣等)鹽，其中以硬脂酸鹽較為常用，其活潑性大小順序?yàn)椋篫n鹽?Cd鹽?Pb鹽?Ca鹽7．Ba鹽。金屬皂類一般不單獨(dú)使用，常常為金屬皂類之間或與鉛鹽及有機(jī)錫等并用。除Gd、Pb外都無(wú)毒，除Pb、Ca外都透明，無(wú)硫化污染，因而廣泛用于軟質(zhì)PVC中，如無(wú)毒類、透明類制品等。
常用的金屬鹽類穩(wěn)定劑有：
(1)硬脂酸鋅(ZnSt)，無(wú)毒且透明，用量大后，易引起“鋅燒”制品變黑，常與Ba、Ca皂并用。
(2)硬脂酸鎘(CdSt)，為一重要的透明穩(wěn)定劑品種，毒性較大，不耐硫化污染，抑制初期變色能力大，常與Ba皂并用。
(3)硬脂酸鉛(PbSt)，熱穩(wěn)定性好，可兼做潤(rùn)滑劑。缺點(diǎn)為易析出，透明差，有毒且硫化污染嚴(yán)重，常與Ba、Cd皂并用。
(4)硬脂酸鈣(CaSt)，加工性能好、熱穩(wěn)定能力較低，無(wú)硫化污染，無(wú)毒，常與Zn皂并用。
(5)硬脂酸鋇(BaSt)，無(wú)毒，長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性好，抗硫化污染，透明，常與Pb、Ca皂并用。復(fù)合品種常用的有：Ca／Zn(無(wú)毒、透明)、Ba／Zn(無(wú)毒、透明)、Ba／Cd(有毒、透明)及Ba／Cd／Zn。
3、有機(jī)錫類
有機(jī)錫類為熱穩(wěn)定劑中較有效的，在透明和無(wú)毒制品中應(yīng)用較廣泛的一類，其突出優(yōu)點(diǎn)為：熱穩(wěn)定性好，透明性好，大多數(shù)無(wú)毒。缺點(diǎn)為價(jià)格高，無(wú)潤(rùn)滑性。
有機(jī)錫類大部分為液體，只有少數(shù)為固體。可以單獨(dú)使用，也常與金屬皂類并用。
有機(jī)錫類熱穩(wěn)定劑主要包括含硫有機(jī)錫和有機(jī)錫羧酸鹽兩類。
(1)含硫有機(jī)錫類：
主要為硫醇有機(jī)錫和有機(jī)錫硫化物類穩(wěn)定劑，與Pb、Cd皂并用會(huì)產(chǎn)生硫污。含硫有機(jī)錫類透明性好。主要品種有：
a、二巰基乙酸異辛酯二正辛基錫(DOTTG)，外觀為淡黃色液體，熱穩(wěn)定性及透明性極好，無(wú)毒，加入量低于2份。
b、二甲基二巰基乙酸異辛酯錫(DMTFG)，外觀為淡黃澄清液體，為無(wú)毒、高效、透明穩(wěn)定劑，常用于扭結(jié)膜及透明膜中。
(2)有機(jī)錫羧酸鹽：
穩(wěn)定性不如含硫有機(jī)錫，但無(wú)硫污染，主要包括脂肪酸錫鹽和馬來(lái)酸錫鹽。主要品種有：
a、二月桂酸二正丁基錫(DBTL)淡黃色液體或半固體，潤(rùn)滑性優(yōu)良，透明性好，但有毒，常與Cd皂并用，用量1-2份；與馬來(lái)酸錫及硫醇錫并用，用量0。5—1份。
b、二月桂酸二正辛基錫(DOTL)，有毒且價(jià)高，潤(rùn)滑性優(yōu)良，常用于硬PVC中，用量小于1．5份。c、馬來(lái)酸二正丁基錫(DBTM)，白色粉末，有毒，無(wú)潤(rùn)滑性，常與月桂酸錫并用，不可與金屬皂類并用于透明制品中。
4、有機(jī)銻類
具有優(yōu)秀的初期色相和色相保持性，尤其是在低用量時(shí)，熱穩(wěn)定性優(yōu)于有機(jī)錫類，特別適于用雙螺桿擠出機(jī)的PVC配方使用。
有機(jī)銻類主要包括硫醇銻鹽類、巰基乙酸酯硫醇銻類、巰基羧酸酯銻類及羧酸酯銻類等。國(guó)內(nèi)的銻穩(wěn)定劑主要以三巰基乙酸異辛酯銻(ST)和以ST為主要成分的復(fù)合穩(wěn)定劑STH—I和STH-Ⅱ兩種為主。五硫醇銻為透明液體，可用作透明片、薄膜、透明粒料的熱穩(wěn)定劑。STH-I可以代替京錫C-102，可抑制PVC的初期著色，熱穩(wěn)定性好，制品透明，顏色鮮艷，STH—Ⅱ無(wú)毒，主要用于PVC水管等。
5、稀土穩(wěn)定劑
選材多為稀土氧化物和稀土氯化物為主，其氧化物和氯化物多為鑭、鈰、鐠、釹等輕稀土元素的單一體或混合體。
稀土元素有著相似且異常活潑的化學(xué)性質(zhì)，有著眾多的軌道可作為中心離子接受配位體的孤對(duì)電子，同時(shí)稀土金屬離子有較大的離子半徑，與無(wú)機(jī)或有機(jī)配位體主要通過(guò)靜電引力形成離子配鍵，作為絡(luò)合物的中心原子，常以d2SP3、d4dP3、f3d5Ssp3等多種雜化形式形成配位數(shù)為6—12的絡(luò)合物。
稀土元素優(yōu)良的力學(xué)性能及其分組原理都與稀土元素的幾何性質(zhì)有關(guān)。因?yàn)樵雍碗x子的半徑是決定晶體的構(gòu)型、硬度、密度和熔點(diǎn)等物理性質(zhì)的重要因素，在常溫、常壓條件下，稀土金屬鑭、鐠、釹呈雙六方晶體結(jié)構(gòu)，而鈰呈立方晶體密集(面心)結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度、壓力變化時(shí)，多數(shù)稀土金屬發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。由于鑭系收縮，鑭系元素的原子半徑、原子體積隨原子序數(shù)增加而減小，密度隨原子序數(shù)增加而增加，但鈰與鑭、鐠、釹相比，有異常現(xiàn)象。
在鑭、鈰、鐠、釹中，鑭的化學(xué)性質(zhì)是較活潑，但三價(jià)鑭與C1只能生成RECl正絡(luò)合物，而且此絡(luò)合物不穩(wěn)定，而鈰、鐠這些高價(jià)的稀土離子與Cl生成絡(luò)合物的能力比三價(jià)的鑭要強(qiáng)，它們與Cl配體能生成穩(wěn)定的負(fù)絡(luò)離子，因此，在稀土熱穩(wěn)定劑的選材上要綜合鑭、鈰、鐠、釹的各自優(yōu)點(diǎn)，在不同的應(yīng)用范圍，用其高純單一體、混合體或合理搭配。
稀土離子為典型的硬陽(yáng)離子，即不易極化變形的離子，它們與金屬硬堿的配位原子，如氧的絡(luò)合能力很強(qiáng)。稀土化合物對(duì)CaC03的偶聯(lián)作用，由于稀土離子和PVC鏈的氯離子之間存在強(qiáng)配位相互作用，有利于剪切力的傳遞從而使稀土化合物能有效地加速PVC的凝膠化，即可促進(jìn)PVC塑化，又可起到加工助劑ACR的作用。同時(shí)，稀土金屬離子與CPE中的C1配位，可使CPE更加發(fā)揮其增韌改性的作用。這些效能發(fā)揮的充分與否、平衡與否，與稀土復(fù)合物中的復(fù)配助劑有著相當(dāng)大的關(guān)系，復(fù)合物中的潤(rùn)滑體系、加工改性體系都至關(guān)重要，因此復(fù)配工藝的好壞直接影響著稀土多功能復(fù)合穩(wěn)定劑的效能。性能優(yōu)良的稀土穩(wěn)定劑應(yīng)具有以下功能：
(1)優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能
靜態(tài)動(dòng)態(tài)熱穩(wěn)定性，均與京錫8831相當(dāng)，好于鉛鹽及金屬皂類，是鉛鹽的三倍及Ba／Zn復(fù)合穩(wěn)定劑的4倍。可復(fù)配成為無(wú)毒、透明的，還可部分代替有機(jī)錫類穩(wěn)定劑而廣泛應(yīng)用。稀土穩(wěn)定劑的作用機(jī)理為捕捉HCl和置換烯丙基氯原子，與環(huán)氧類的輔助穩(wěn)定劑具有較好的協(xié)同作用。
(2)偶聯(lián)作用
具有優(yōu)良的偶聯(lián)作用，與鉛鹽相比，與PVC有很好的相容作用，對(duì)于PVC-CaCO，體系偶聯(lián)作用較好，有利于PVC塑料門(mén)窗異型材強(qiáng)度的提高。用稀土穩(wěn)定劑加工的PVC型材的焊角強(qiáng)度比鉛鹽穩(wěn)定劑的PVC型材焊角強(qiáng)度要高，原料價(jià)格也高一些。
(3)增韌作用
與PVC樹(shù)脂和增韌劑CPE的良好的相容性以及與CaCO3，的偶聯(lián)作用，使PVC樹(shù)脂在加工中塑化均勻，塑化溫度低，型材的耐沖擊性能較好。
稀土穩(wěn)定劑無(wú)潤(rùn)滑作用，應(yīng)與潤(rùn)滑劑一起加入， 目前我國(guó)生產(chǎn)的稀土復(fù)合穩(wěn)定劑是將稀土、熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑復(fù)配而成的，加入量一般為4-6份。
6、復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑
鉛鹽穩(wěn)定劑價(jià)格低廉，熱穩(wěn)定性好，一直被廣泛使用，但鉛鹽的粉末細(xì)小，配料和混合中，其粉塵被人吸入會(huì)造成鉛中毒，為此，科技人員又研究出一種新型的復(fù)合鉛鹽熱穩(wěn)定劑。這種復(fù)合助劑采用了共生反應(yīng)技術(shù)將三鹽、二鹽和金屬皂在反應(yīng)體系內(nèi)以初生態(tài)的晶粒尺寸和各種潤(rùn)滑劑進(jìn)行混合，以保證熱穩(wěn)定劑在PVC體系中的充分分散，同時(shí)由于與潤(rùn)滑劑共熔融形成顆粒狀，也避免了因鉛粉塵造成的中毒。復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑包容了加工所需要的熱穩(wěn)定劑組份和潤(rùn)滑劑組份，被稱作為全包裝熱穩(wěn)定劑。它具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
(1)復(fù)合熱穩(wěn)定劑的各種組份在其生產(chǎn)過(guò)程中可得到充分混合，大幅度改善了與樹(shù)脂混合分散的均勻性。
(2)配方混合時(shí)，簡(jiǎn)化了計(jì)量次數(shù)，減少了計(jì)量差錯(cuò)的概率及由此所帶來(lái)的損失。
(3)簡(jiǎn)便了輔料的供應(yīng)和貯備，有利于生產(chǎn)、質(zhì)量管理。
(4)提供了無(wú)塵生產(chǎn)產(chǎn)品的可能性，改善了生產(chǎn)條件。
總之，復(fù)合熱穩(wěn)定劑有利于規(guī)模生產(chǎn)，為鉛鹽熱穩(wěn)定劑的發(fā)展提供了新的方向。復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑一個(gè)重要指標(biāo)是鉛的含量，目前所生產(chǎn)的復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑含鉛量一般為20％-60％；在PVC塑料門(mén)窗型材生產(chǎn)上的用量為3．5—6份。表2是一些PVC型材生產(chǎn)用的復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑的牌號(hào)和用量。
7、主要的輔助熱穩(wěn)定劑品種
輔助墊穩(wěn)定劑本身不具有熱穩(wěn)定作用，只有與主穩(wěn)定劑一起并用，才會(huì)產(chǎn)生熱穩(wěn)定效果，并促進(jìn)主穩(wěn)定劑的穩(wěn)定效果。輔助熱穩(wěn)定劑一般不含金屬，因此也稱為非金屬熱穩(wěn)定劑。
輔助熱穩(wěn)定劑的主要品種有：
(1)亞磷酸酯類。是一重要的輔助熱穩(wěn)定劑，與Ba／Cd、Ba／Zn復(fù)合穩(wěn)定劑及Ca／Zn復(fù)合穩(wěn)定劑等有協(xié)同作用，主要用于軟質(zhì)PVC透明配方中，用量為0．1—1份。
(2)環(huán)氧化合物類，與金屬皂類有協(xié)同作用，與有機(jī)錫類稀土穩(wěn)定劑并用效果好，用量為2-5份，常用的品種為環(huán)氧大豆油、環(huán)氧脂。
(3)多元醇類，主要有季戊四醇、木糖醇、甘露醇等，可與Ca／Zn復(fù)合穩(wěn)定劑并用。
潤(rùn)滑劑
潤(rùn)滑劑的作用是降低物料之間及物料和加工設(shè)備表面的摩擦力，從而降低熔體的流動(dòng)阻力，降低熔體粘度，提高熔體的流動(dòng)性，避免熔體與設(shè)備的粘附，提高制品表面的光潔度等。
根據(jù)不同成型方法，其潤(rùn)滑作用側(cè)重不同：
壓延成型，防止熔料粘輥；
注射成型，提高流動(dòng)，提高脫模性；
擠出成型，提高流動(dòng)，提高口模分離性；
壓制及層壓成型， 利于壓板與制品分離。
潤(rùn)滑劑的分類：
&按潤(rùn)滑劑成份分類，主要有飽和烴和鹵代烴類、脂肪酸類、脂肪酸酯類、脂肪族酯胺類、金屬皂類、脂肪醇和多元醇類等。
&按潤(rùn)滑劑的作用分類，分為內(nèi)，外潤(rùn)滑劑。
其主要區(qū)分是依其與樹(shù)脂的相容性大小。 內(nèi)潤(rùn)滑劑與樹(shù)脂親和力大，其作用是降低分子間的作用力；外潤(rùn)滑劑與樹(shù)脂的親和力小，其作用是降低樹(shù)脂與金屬表面之間的摩擦。
內(nèi)外潤(rùn)滑劑之分只是相對(duì)而言，并無(wú)嚴(yán)格劃分標(biāo)準(zhǔn)。在極性不同的樹(shù)脂中，內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的作用有可能發(fā)生變化。例如硬脂酸醇、硬脂酸酰胺、硬脂酸丁酯及硬脂酸單甘油酯對(duì)極性樹(shù)脂(如PVC及PA)而言，起內(nèi)潤(rùn)滑作用；但對(duì)于非極性樹(shù)脂(如PE、PP)，則顯示外潤(rùn)滑作用。相反，高分子石蠟等與極性樹(shù)脂相容性差，如在極性PVC中用做外潤(rùn)滑劑，而在PE、PP等非極性樹(shù)脂中則為內(nèi)潤(rùn)滑劑。
在不同加工溫度下，內(nèi)、外潤(rùn)滑劑的作用也會(huì)發(fā)生變化，如硬脂酸和硬脂醇用于PVC壓延成型初期，由于加工溫度低，與PVC相容性差，主要起外潤(rùn)滑作用；當(dāng)溫度升高后，與PVC相容性增大，則轉(zhuǎn)起內(nèi)潤(rùn)滑劑作用。
按潤(rùn)滑劑的組成可分為：飽和烴類、金屬皂類、脂肪族酰胺、脂肪酸類、脂肪酸酯類及脂肪醇類。
1、飽和烴類
飽和烴類按極性可分為非極性烴(如聚乙烯蠟和聚丙烯蠟)、極性烴(如氯化石蠟、氧化聚乙烯等)。飽和烴類按分子量大小可分為；液體石蠟(C16-C21)、固體石蠟(C26-C32)微晶石蠟(C32-C70)及低分子量聚乙烯(分子量1000—10000)等，主要用于PVC無(wú)毒外潤(rùn)滑劑。
(1)液體石蠟：俗稱白油，為無(wú)色透明液體，可用作PVC的透明性外潤(rùn)滑劑，用量為0．5份左右，用量大會(huì)嚴(yán)重影響焊角強(qiáng)度。
(2)固體石蠟，又稱為天然石蠟，白色固體，可用作pvc的外潤(rùn)滑劑，用量為0．1—1．0份，用量太大會(huì)影響透明度。
(3)微晶石蠟，又稱為高熔點(diǎn)石蠟，外觀為白色或淡黃色固體，因結(jié)晶微細(xì)而稱為微晶石蠟。潤(rùn)滑效果和熱穩(wěn)定性好于其他石蠟。在PVC中用量較小，一般為0．1-0．3份。
(4)低分子量聚乙烯，又稱聚乙烯蠟，外觀為白色或淡黃色固體粉末，透明性差，可用于PVC擠出和壓延加工外潤(rùn)滑劑，用量一般為0．5份以下。
(5)氧化聚乙烯蠟，為聚乙烯蠟部分氧化產(chǎn)物，外觀為白色粉末。有優(yōu)良的內(nèi)、外潤(rùn)滑作用，透明性好，價(jià)格低，用量在0．2-1．0份。
(6)氯化石蠟，與PVC相容性好，透明性差，與其他潤(rùn)滑劑并用效果好，用量0．5份以下為宜。
2、金屬皂類
既是優(yōu)良的熱穩(wěn)定劑，又是一種潤(rùn)滑劑，其內(nèi)、外潤(rùn)滑作用兼有，不同品種側(cè)重稍有不同，潤(rùn)滑性以硬脂酸鈣、硬脂酸鉛為較好。
3、脂肪族酸胺
包括單脂肪酸酰胺和雙脂肪酰胺兩大類，單脂肪酸胺主要呈內(nèi)潤(rùn)滑作用，主要品種包括乙基雙硬脂酰胺、N，N&亞乙基雙蓖麻醇酸酰胺等。
4、脂肪酸類
如硬脂酸，是僅次于金屬皂類而廣泛應(yīng)用的潤(rùn)滑劑，可用于PVC，用量少時(shí)，起內(nèi)潤(rùn)滑作用；用量大時(shí)，起外潤(rùn)滑作用。硬脂酸的加入量低于0．5份。
5、脂肪酸酯類
(1)硬脂酸丁酯，外觀為無(wú)色或淡黃色油狀液體，在PVC中以內(nèi)潤(rùn)滑為主兼具外潤(rùn)滑作用，用量0．5—1．5份。
(2)單硬脂酸甘油酯，代號(hào)GMS，外觀為白色蠟狀固體，為PVC優(yōu)良內(nèi)潤(rùn)滑劑，對(duì)透明性影響小，加入量低于1．5份，可與硬脂酸并用。
(3)酯蠟和皂化蠟，主要指以褐煤蠟為主要原料、經(jīng)漂白等工序制成的后序產(chǎn)品。漂白蠟有S蠟和L蠟，皂化蠟有0蠟和OP蠟。主要用于HPVC，用量0．1-0．3份。
6、脂肪醇類
硬脂醇，外觀為白色細(xì)珠狀物，起內(nèi)潤(rùn)滑作用，透明好，在PVC中用量0．2-0．5份。還可用于PS中。如季戊四醇，作為PVC高溫潤(rùn)滑劑，用量0．2-0．5份。
加工改性助劑
1、加工助劑的作用原理
由于PVC熔體延展性差，易導(dǎo)致熔體破碎；PVC熔體松弛慢，易導(dǎo)致制品表面粗糙、無(wú)光澤及鯊魚(yú)皮等。因此，PVC加工時(shí)往往需要加人加工助劑，以改善其熔體上述缺陷。
加工助劑為可以改善樹(shù)脂加工性能的助劑，其主要作用方式有三種：促進(jìn)樹(shù)脂熔融、改善熔體流變性能及賦予潤(rùn)滑功能。
&促進(jìn)樹(shù)脂熔融：PVC樹(shù)脂在加熱的狀態(tài)下，在一定的剪切力作用下熔化時(shí)，加工改性劑較早先熔融并粘附在PVC樹(shù)脂微粒表面，它與樹(shù)脂的相容性和它的高分子量，使PVC粘度及摩擦增加，從而有效地將剪切應(yīng)力和熱傳遞給整個(gè)PVC樹(shù)脂，加速PVC熔融。
&改善熔體流變性能：PVC熔體具有強(qiáng)度差、延展性差及熔體破裂等缺點(diǎn)，而加工改性劑可改善熔體上述流變性。其作用機(jī)理為：增加PVC熔體的粘彈性，從而改善離模膨脹和提高熔體強(qiáng)度等。
&賦予潤(rùn)滑性：加工改性劑與PVC相容部分較早先熔融，起到促進(jìn)熔融作用；而與PVC不相容部分則向熔融樹(shù)脂體系外遷移，從而改善脫模性。
2、常用加工改性劑一ACR
ACR為甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸酯、苯乙烯等單體的共聚物。除可用做加工助劑外，還可用做沖擊改性劑。我．國(guó)的ACR可分為ACR201、ACR301和ACR401、ACR402幾種，國(guó)外的牌號(hào)有：K120N、K125、K175、P530、P501、P551、P700、PAl00等。表2—1-3是國(guó)內(nèi)外ACR加工助劑牌號(hào)對(duì)照。表3國(guó)內(nèi)外ACR加工助劑牌號(hào)對(duì)照。
ACR加工改性劑的重要作用是促進(jìn)PVC的塑化，縮短塑化時(shí)間，提高熔體塑化的均勻性，降低塑花溫度。表4是用BLANBENDE塑度儀測(cè)得的ACR對(duì)塑化時(shí)間、溫度等的影響情況。
在PVC塑料門(mén)窗型材中一般使用ACR201或ACR401，用量為1．5-3份。
沖擊改性劑
高分子材料改性的一個(gè)重要內(nèi)容是改善其耐沖擊性能，PVC樹(shù)脂是一個(gè)極性非結(jié)晶性高聚物，分子之間有較強(qiáng)的作用力，是一個(gè)堅(jiān)硬而脆的材料；抗沖擊強(qiáng)度較低。加人沖擊改性劑后，沖擊改性劑的彈性體粒子可以降低總的銀紋引發(fā)應(yīng)力，并利用粒子自身的變形和剪切帶，阻止銀紋擴(kuò)大和增長(zhǎng)，吸收掉傳人材料體內(nèi)的沖擊能，從而達(dá)到抗沖擊的目的。改性劑的顆粒很小，以利于增加單位重量或單位體積中改性劑的數(shù)量，使其有效體積份數(shù)提高，從而增強(qiáng)了分散應(yīng)力的能力。目前應(yīng)用比較廣泛的為有機(jī)抗沖擊改性劑。
按有機(jī)抗沖擊改性劑的分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可將其分為如下幾類。
1、預(yù)定彈性體(PDE)型沖擊改性劑，它屬于核一殼結(jié)構(gòu)的聚合物，其核為軟狀彈性體，賦予制品較高的抗沖擊性能，殼為具有高玻璃化溫度的聚合物，主要功能是使改性劑微粒子之間相互隔離，形成可以自由流動(dòng)的組分顆粒，促進(jìn)其在聚合物中均勻分散，增強(qiáng)改性劑與聚合物之間相互作用和相容性。此類結(jié)構(gòu)的改性劑有：MBS、ACR、MABS和MACR等，這些都是優(yōu)良的沖擊改性劑。
2、非預(yù)定彈性體型(NPDE)沖擊改性劑，它屬于網(wǎng)狀聚合物，其改性機(jī)理是以溶劑化作用(增塑作用)機(jī)理對(duì)塑料進(jìn)行改性。因此，NPDE必須形成一個(gè)包覆樹(shù)脂的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它與樹(shù)脂不是十分好的相容體。此類結(jié)構(gòu)的改性劑有：CPE、EVA。
3、過(guò)度型沖擊改性劑，其結(jié)構(gòu)介于兩種結(jié)構(gòu)之間，如ABS。用于PVC樹(shù)脂的具體品種有：
(1)氯化聚乙烯(CPE)是利用HDPE在水相中進(jìn)行懸浮氯化的粉狀產(chǎn)物，隨著氯化程度的增加使原來(lái)結(jié)晶的HDPE逐漸成為非結(jié)晶的彈性體。作為增韌劑使用的C?E，含C1量一般為25-45％。CPE來(lái)源廣，價(jià)格低，除具有增韌作用外，還具有耐寒性、耐候性、耐燃性及耐化學(xué)藥品性。目前在我國(guó)CPE是占主導(dǎo)地位的沖擊改性劑，尤其在PVC管材和型材生產(chǎn)中，大多數(shù)工廠使用CPE。加入量一般為5—15份。CPE可以同其它增韌劑協(xié)同使用，如橡膠類、EVA等，效果更好，但橡膠類的助劑不耐老化。
(2)ACR為甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯等單體的共聚物，ACR為近年來(lái)開(kāi)發(fā)的較好的沖擊改性劑，它可使材料的抗沖擊強(qiáng)度增大幾十倍。ACR屬于核殼結(jié)構(gòu)的沖擊改性劑，甲基丙烯酸甲酯—丙烯酸乙酯高聚物組成的外殼，以丙烯酸丁酯類交聯(lián)形成的橡膠彈性體為核的鏈段分布于顆粒內(nèi)層。尤其適用于戶外使用的PVC塑料制品的沖擊改性，在PVC塑料門(mén)窗型材使用ACR作為沖擊改性劑與其它改性劑相比具有加工性能好，表面光潔，耐老化好，焊角強(qiáng)度高的特點(diǎn)，但價(jià)格比CPE，高1／3左右。國(guó)外常用的牌號(hào)如K-355，一般用量6—10份。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)ACR沖擊改性劑的廠家較少，使用廠家也較少。
(3)MBS是甲基丙烯酸甲酯、丁二烯及苯乙烯三種單體的共聚物。MBS的溶度參數(shù)為94-9．5之間，與PVC的溶度參數(shù)接近，因此同PVC時(shí)相容性較好，它的較大特點(diǎn)是：加入PVC后可以制成透明的產(chǎn)品。一般在PVC中加人10-17份，可將PVC的沖擊強(qiáng)度提高6—15倍，但MBS的加入量大于30份時(shí)，PVC沖擊強(qiáng)度反而下降。MBS本身具有良好的沖擊性能，透明性好，透光率可達(dá)90％以上，且在改善沖擊性同時(shí)，對(duì)樹(shù)脂的其他性能，如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等影響很小。MBS價(jià)格較高，常同其他沖擊改性劑，如EAV、CPE、SBS等并用。MBS耐熱性不好，耐候性差，不適于做戶外長(zhǎng)期使用制品，一般不用做塑料門(mén)窗型材生產(chǎn)的沖擊改性劑使用。
(4)SBS為苯乙烯、丁二烯、苯乙烯三元嵌段共聚物，也稱為熱塑性丁苯橡膠，屬于熱塑性彈性體，其結(jié)構(gòu)可分為星型和線型兩種。SBS中苯乙烯與丁二烯的比例主要為30／70、40／60、28／72、48／52幾種。主要用做HDPE、PP、PS的沖擊改性劑，其加入量5—15份。SBS主要作用是改善其低溫耐沖擊性。SBS耐候性差，不適于做戶外長(zhǎng)期使用制品。
(5)ABS為苯乙烯(40％-50％)、丁二烯(25％—30％)、丙烯腈(25％-30％)三元共聚物，主要用做工程塑料，也用做PVC沖擊改性，對(duì)低溫沖擊改性效果也很好。ABS加入量達(dá)到50份時(shí)，PVC的沖擊強(qiáng)度可與純ABS相當(dāng)。ABS的加入量一般為5—20份，ABS的耐候性差，不適于長(zhǎng)期戶外使用制品，一般不用做塑料門(mén)窗型材生產(chǎn)的沖擊改性劑使用。（6）EVA是乙烯和醋酸乙烯酸的共聚物，醋酸乙烯酯的引入改變了聚乙烯的結(jié)晶性，醋酸乙烯酯含量大量差，而且EVA與PVC折光率不同，難以得到透明制品，因此，常將EVA與其它抗沖擊樹(shù)脂并用。EVA添加量為10份以下。
4、橡膠類抗沖擊改性劑
是性能優(yōu)良的增韌劑，主要品種有：乙丙橡膠(EPR)、三元乙丙橡膠(EPDM)、丁腈橡膠(NBR)及丁苯橡膠、天然橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、聚異丁烯、丁二烯橡膠等，其中EPR、EPDM、NBR三種較常用，其是改善低溫耐沖擊性優(yōu)越，但都不耐老化，塑料門(mén)窗型材一般不使用這類沖擊改性劑。
常用的其它助劑
1、光穩(wěn)定劑
PVC制品多數(shù)暴露在陽(yáng)光和其它各種光線下，根據(jù)制品應(yīng)用環(huán)境添加一定量的光穩(wěn)定劑可防止和延緩其分解和老化，延制品使用壽命。
光穩(wěn)定劑大體可以分為四類：
(1)光屏蔽劑。如鈦白和碳黑，可以阻擋紫外線進(jìn)入型材的內(nèi)部，以阻止聚合物的光降解進(jìn)行。如加入2％的碳黑的LDPE片材其耐老化程度比不加碳黑的LDPE片材提高20倍。鈦白對(duì)型材的耐老化程度有較大的提高，鈦白應(yīng)使用金紅石型的，在PVC塑料門(mén)窗型材中的使用量在3-6份。
(2)紫外線吸收劑。可以強(qiáng)烈吸收280-400nm的紫外線，轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光或熱量。常用的有UV—531、UV-327、UV-326、UV-p等產(chǎn)品，用量一般為0．1-0．5％。但價(jià)格較高。
(3)淬滅劑。主要是消滅受激發(fā)的聚合物分子的能量，使之回到基態(tài)。具體品種為鎳、鈷絡(luò)合物，品種有光穩(wěn)定劑2002、光穩(wěn)定劑1084等。一般與其它光穩(wěn)定劑配合使用，用量0．1-0．5％。
(4)自由基捕捉劑。是一種高效的光穩(wěn)定劑，它捕捉光降解分解出的自由基，終止降解反應(yīng)的進(jìn)行。一般使用在LDPE農(nóng)膜中。品種主要有：光穩(wěn)定劑GW-540、GW—544、CW-310、BW—10LD、光穩(wěn)定劑744、光穩(wěn)定劑622、光穩(wěn)定劑944等，用量0．02-0．5％。
2、填料
使用填料的主要目的是占據(jù)空間以降低成本，當(dāng)然，一些填料也賦予材料一些特殊的性能，如阻燃、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、剛性等。
填料的主要指標(biāo)為：白度、粒徑、顆粒形狀和顆粒表面活性。
其主要品種有：
(1)碳酸鹽類 主要為重質(zhì)碳酸鈣、輕質(zhì)碳酸鈣和活性碳酸鈣。一般在PVC塑料型材使用的是活性輕質(zhì)碳酸鈣，粒徑為300目—700目。
(2)炭黑 如天然氣槽黑、混氣槽黑、高耐磨爐黑、熱裂法炭黑、乙炔炭黑等。主要作用橡膠的補(bǔ)強(qiáng)，有些品種亦作填充劑，如用于導(dǎo)電和防靜電高分子材料制品中。
(3)硫酸鹽類 有硫酸鋇、硫酸鈣、鋅鋇白(立德粉)等，主要作填充劑，也有著色作用，硫酸鋇可減少X光透過(guò)度。
(4)金屬氧化物 如氧化鋁、氧化鐵、氧化錳、氧化鋅、氧化銻、氧化鎂、氧化鐵、磁粉等，作填充劑和著色劑。
(5)金屬粉 如鋁、青銅、鋅、銅、鉛等粉末，作裝飾用和改善導(dǎo)熱性。在塑料型材生產(chǎn)中有時(shí)用銅粉、鋁粉生產(chǎn)仿鋁窗的型材。
(6)含硅化合物 陶土中較常使用的為高嶺土，作填充劑。硬質(zhì)陶土有補(bǔ)強(qiáng)作用。滑石粉作填充劑。
(7)纖維類 如玻璃纖維、硼纖維、碳纖維等，作增強(qiáng)劑。
型材的配方設(shè)計(jì)
PVC塑料型材配方設(shè)計(jì)原則
1、樹(shù)脂應(yīng)選擇PVC-SC5樹(shù)脂或PVC-SG4樹(shù)脂，也就是聚合度在1200-1000的聚氯乙烯樹(shù)脂。
2、須加入熱穩(wěn)定體系。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際要求選擇，注意熱穩(wěn)定劑之間的協(xié)同效應(yīng)和對(duì)抗效應(yīng)。不同熱穩(wěn)定體系的特點(diǎn)如上表所述：
3、須加入沖擊改性劑。可以選擇CPE和ACR沖擊改性劑。根據(jù)配方中其它組成以及擠出機(jī)塑化能力，加入量在8—12份。CPE價(jià)格較低，來(lái)源廣泛；ACR耐老化能力、焊角強(qiáng)度高。
4、適量加入潤(rùn)滑系統(tǒng)。潤(rùn)滑系統(tǒng)可以降低加工機(jī)械負(fù)荷，使產(chǎn)品光滑，但過(guò)量會(huì)造成焊角強(qiáng)度下降。
5、加入加工改性劑可以提高塑化質(zhì)量，改善 制品外觀。一般加入ACR加工改性劑，加 入量1-2份。
6、加入填料可以降低成本，增加型材的剛性但對(duì)低溫沖擊強(qiáng)度影響較大，應(yīng)選擇細(xì)度較高的活性輕質(zhì)碳酸鈣加人，加入量在5-15份。
7、必須加入一定量的鈦白以起到屏蔽紫外線的作用。鈦白應(yīng)選擇金紅石型，加入量在4-6份。必要時(shí)可以加入紫外線吸收劑UV-531、UV327等以增加型材的耐老化能力。
8、適量加入蘭色和熒光增白劑，可以明顯改善型材的色澤。
9、在設(shè)計(jì)配方中應(yīng)盡量簡(jiǎn)化，盡量不加入液體助劑，并且根據(jù)混合工序要求(見(jiàn)混合問(wèn)題)分批按加料順序把配方分為I號(hào)料、Ⅱ號(hào)料、Ⅲ號(hào)料分別包裝。
各類配方實(shí)例及特點(diǎn)
從使用的熱穩(wěn)定劑分類：
1、有機(jī)錫穩(wěn)定劑配方
PVCSG-5 100份
硫醇錫(京錫8113) 2-3份
硬脂酸鈣 1-2份
ACR401 1-2份
CPE(35％) 8-10份
活性輕鈣 6-8份
鈦白(金紅石型) 4-6份
PE蠟 0．5-1份
該配方特點(diǎn)：無(wú)毒，粉塵污染小，型材焊接強(qiáng)度高。缺點(diǎn)：價(jià)格高，生產(chǎn)時(shí)有味，不能與使用鉛鹽穩(wěn)定劑的PVC物料混合使用。
2、稀土穩(wěn)定劑配方
PVC-SG5 100份
稀土復(fù)合穩(wěn)定劑 4-6份
ACR401 1-2份
CPE(35％) 8-10份
活性輕鈣 6-8份
鈦白(金紅石型) 4-6份
PE蠟 0．2-0．5份
該配方特點(diǎn)：無(wú)毒，型材焊接強(qiáng)度較高。缺點(diǎn)：價(jià)格較高。
3、復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑配方1
PVC(K66-68) 100份
復(fù)合鉛SMS50011FP 5份
Baerorapid 10F 1份
Baerodur EST-3 8份
活性輕鈣 5份
鈦白(金紅石型) 5份
4、復(fù)合鉛鹽穩(wěn)定劑配方2
PVC-SG5 100份
復(fù)合鉛(HJ-301) 5份
硬脂酸 0．3份
ACR401 2份
CPE(35％) 10份
活性輕鈣 6份
鈦白(金紅石型) 4份
該配方特點(diǎn)：生產(chǎn)中鉛污染小，加工流動(dòng)性好，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格適中。
5、鉛鹽穩(wěn)定劑配方
PVC-SG5 100份
三鹽 3份
二鹽 1．5份
硬脂酸鈣 0．5份
硬脂酸鋇 0．5份
硬脂酸鉛 0．5份
硬脂酸 0．5份
ACR401 2份
CPE(35％) 10份
活性輕鈣 8份
鈦白(金紅石型) 4份
氧化PE蠟 0．3份
石蠟 0．3份
該配方特點(diǎn)：成本低，穩(wěn)定性好。缺點(diǎn)：生產(chǎn)中易發(fā)生鉛污染，配料操作麻煩。
使用的沖擊改性劑有CPE和ACR兩種，以上列舉的均為CPE的配方，我國(guó)有許多工廠生產(chǎn)CPE，價(jià)格較低。而ACR沖擊改性劑在國(guó)外使用較多，特點(diǎn)是加工性能好，型材焊接性能好，耐老化好，價(jià)格比CPE稍高一些。下面一例為使用ACR沖擊改性劑的配方：
6、ACR沖擊改性劑配方
PVC(K65) 100份
二鹽 3份
硬脂酸鈣 0．5份
硬脂酸鋇 0．5份
硬脂酸鉛 0．5份
硬脂酸 0．5份
ACR K125P 0．8份
ACR K175 0．5份
ACRKM355P 6份
活性輕鈣 6份
鈦白(金紅石型) 4份
PE蠟 0．2份
上列配方僅供參考，企業(yè)在確定自己生產(chǎn)配方時(shí)還要根據(jù)企業(yè)的設(shè)備能力，各種助劑的來(lái)源以及質(zhì)量穩(wěn)定情況和價(jià)格成本來(lái)確定。一旦配方確定后，不要經(jīng)常改變配方，以穩(wěn)定生產(chǎn)。配方的改變往往造成物料流動(dòng)性能的變化，影響模具和擠出工藝控制。

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