鈦白粉在PVC塑料中的應(yīng)用

1、 -馬劼平1. 概況： PVC是五大熱塑性合成樹脂之一，產(chǎn)量僅次于PE，居第二位。PVC約占世界合成樹脂總消費(fèi)量的30。2003年P(guān)VC全球總產(chǎn)量能達(dá)到3500萬噸?？偖a(chǎn)量約為2800萬噸。PVC塑料是以PVC樹脂位基材，添加各種助劑的一類塑料，經(jīng)過不同的成塑方法制成制品的泛稱。 PVC塑料按照成塑方法分為：壓延制品；注射制品；擠出制品；中空成型制品；吹塑制品 按照制品硬度分類位：軟制品；半硬制品；硬制品 按照產(chǎn)品形狀可分為：板；片；膜；棒；管；線；異型材等等 產(chǎn)品的成型方法與產(chǎn)品的外觀形態(tài)均取決于產(chǎn)品的性質(zhì)，用途及技術(shù)指標(biāo)，附1： 到2003年，國內(nèi)PVC異型材生產(chǎn)廠有600多家，型材生產(chǎn)線

2、4000多條，2003年產(chǎn)能達(dá)300萬噸，實(shí)現(xiàn)銷售量為150萬噸，按國內(nèi)PVC異型材通用配方計算年消耗金紅石TiO2 約11萬噸18萬噸（年產(chǎn)能計），即產(chǎn)品用途決定產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和技術(shù)。2國內(nèi)狀況 2003年我國年用PVC樹脂560萬T年產(chǎn)量360萬噸。氯堿行業(yè)已規(guī)劃投入建設(shè)的新生產(chǎn)線約超過100萬T。PVC塑料制品中70% 上為硬制品，其中以PVC型塑料管材、管件等化學(xué)建材為主導(dǎo)產(chǎn)品，另外是PVC片材、薄膜、共混材料等工、農(nóng)、民用途產(chǎn)品等等。（下接附1）（一）性質(zhì) 1. PVC樹脂是非結(jié)晶型線性高分子聚合物，具有與低分子物明顯不同的表征：受熱后形態(tài)變化為玻動態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)這一形態(tài)變化反復(fù)進(jìn)行

3、，而大分子中無本質(zhì)的變化，所以是熱塑性塑料。同時，這種形態(tài)變化決定了PVC塑料的成型加工特性。2. PVC是熱敏性高聚物，對溫升反應(yīng)敏感，當(dāng)受熱到130時開始分解放出HCL，隨著溫度升高，放出HCL加劇，分子斷鏈，至完全碳化。 3. PVC樹脂的熔融溫度高于其分解溫度，這給成型加工帶來困難。為使成型加工順利進(jìn)行，必須要抑制其分解，這就是PVC樹脂在成型加工中必須加入穩(wěn)定劑的原因。由于PVC樹脂熔融后呈硬脆性之物態(tài)；所以在軟PVC制品中必須加入增塑劑使其變得柔軟。當(dāng)需要硬PVC制品硬且韌時，則需加入增強(qiáng)劑或稱沖擊改性劑改善其本身的脆性。 綜上所述知：PVC塑料是熱塑性朔料，是熱敏性塑料，是多組分

4、塑料 （一） 組分 PVC分子本身為硬脆性，但可以制成柔軟、半硬或硬而韌的制品，PVC樹脂是白色粉末，熔融后為呈一定黃色指數(shù)的透明物質(zhì)，通過配方設(shè)計加入不同品種添加劑制成或無色透明或五彩繽紛或潔白如玉的各種制品這完全取決于PVC與不同品種、規(guī)格、數(shù)量的助劑的配伍，這就是PVC助劑的功能。 PVC塑料的助劑按作用分為穩(wěn)定劑（熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑）、增塑劑、增強(qiáng)劑、加工改良劑、潤滑劑、著色劑、填充劑、阻燃劑、抗靜電劑 TiO2在PVC塑料中的應(yīng)用目的是作為白色顏料和光屏蔽劑 金紅石型TiO2的化學(xué)性質(zhì)極穩(wěn)定，常溫下幾乎不與其它元素和化合物作用，也不溶于水、稀酸和弱無機(jī)酸，更由于其具有白色顏料中最高的

5、折射率、最大比表面積以及最低的密度，這些性質(zhì)符合作為PVC塑料白色顏料的基本要求。 作為PVC塑料的光屏蔽劑，主要是用于戶外制品如用作PVC門窗的硬PVC異型材，建筑用灌水管，管件，廣告燈箱用的白色PVC板片等等。 在這些PVC塑料制品中以白色為多數(shù)，所用白色顏料均為金紅石型TiO2，國外在這些制品比如門窗用異型材中加入810phr TiO2，使TiO2能夠有效地抵御紫外線PVC基材的破壞，PVC商品壽命已達(dá)40余年且還在繼續(xù)正常使用，國內(nèi)門窗塑料為成本價格所限，一般TiO2加入量僅為36份，由于TiO2在PVC塑料中的“濃度”小，不能有效地屏蔽紫外線，使PVC基材的耐候性差，使用壽命大大縮短

6、，更有不自律企業(yè)用銳鈦型TiO2生產(chǎn)門窗型材，這種型材制成門窗安裝？建筑洞口上，即使在北京地區(qū)，用不了12年，使用功能就會喪失殆盡。 金紅石型TiO2在PVC塑料中的應(yīng)用，除要求TiO2具有良好的光學(xué)性質(zhì)，適中的粒徑外，分散性亦是重要的技術(shù)指標(biāo)，當(dāng)然這些性質(zhì)？涂料，造紙，纖維等產(chǎn)品對TiO2的總要求卻是相適的。 對硬PVC塑料用TiO2，以戶外用硬PVC門窗異型材所用金紅石型TiO2為例，還要考慮TiO2對加工性能，熱性能，耐候性等的影響。 1. TiO2對PVC塑料加工性能的影響 因?yàn)門iO2生產(chǎn)時的工藝條件，包覆物品種用量不同，所以TiO2原生粒子的粒徑及其分布亦不盡相同，同時也決定了Ti

7、O2的著色力，色相，遮蓋力，分散性的差異，更重要的是這種差異還會影響到PVC塑料的成型過程，特別是擠出硬PVC型材的工藝過程，由于TiO2的包覆不同，是不同牌號的Ti在擠出成型時影響到擠出時的主機(jī)電流，機(jī)頭壓力等重要工藝參數(shù)的變化，進(jìn)而影響產(chǎn)品的外形尺寸與內(nèi)在質(zhì)量。情況如下列所示： PVC異型材配方：PVCSG-5 100 備注 有機(jī)SN穩(wěn)定劑硫醇 SN1.0CaSt2工業(yè)品 0.8增強(qiáng)劑 丙烯酸酯型7.0 加工改良劑 201 1.5滑劑總量 1.6CaCO3輕質(zhì) 8.0TiO2各號金紅石型 5.0A,B,C 均為進(jìn)口不同牌號TiO2C1-4 AD D1-5 180-182 178 190 螺

8、桿溫度100 主機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) R/min 主機(jī)電流A機(jī) 頭 壓力 M/Pa備注 A基本元1的變化 11716.153.630.5B基本元1的變化 11716.153.931.0C基本元1的變化 11816.151.529.5 在擠出成型過程中，造成主機(jī)電流波動的原因是物料熔融塑化后的粘度的變化及加料量的脈動等；當(dāng)加料的供料器轉(zhuǎn)動平穩(wěn)給料均勻時，主機(jī)電流的變化基本是物料狀態(tài)引起的。在配方不變只變換了TiO2的品牌時，主機(jī)電流的變化無疑是由于TiO2引起的，這三種進(jìn)口的TiO2是國外三個廠家生產(chǎn)的，據(jù)其產(chǎn)品說明介紹，這三種TiO2均有有機(jī)物包覆，但包覆物種類不同，TiO2粒徑也不同。在PVC混合料熔融過

9、程中的表現(xiàn)行為不盡相同，所以表現(xiàn)出來的直接后果就是擠出時的主機(jī)電源和機(jī)頭壓力的變化。2.TiO2對PVC塑料物理力學(xué)性能的影響對焊接強(qiáng)度的影響85推拉柜柜 （三位焊機(jī)同一工位焊角測試平均結(jié)果） A7541 N B7056N C5694N 說明： 取上述ABC三種TiO2的塑料，分別制成規(guī)格一致的焊角各5個，在本廠測試后取其算術(shù)平均值如左。 測試項(xiàng)目 技術(shù)指標(biāo) 實(shí)測結(jié)果 B C 1.洛氏硬度（R標(biāo)尺） 85 98.6 98.22.拉伸屈服強(qiáng)度 MPa 37.0 42.6 42.13.拉伸斷裂伸長率 % 100 139 1334.彎曲彈性模量MPa 1960 2410 23455.簡支梁缺口沖擊強(qiáng)

10、度 KJ/ (232) 40 65.5 67.2 (-101) 15 77.5 83.56.維卡軟化點(diǎn) 83 90.4 89.67.氧指數(shù)% 38 45.5 45.08.低溫落錘沖擊（10 次）破壞 1 0/10 0/109.加熱后的狀態(tài) 無氣泡，裂痕，麻點(diǎn) 無 無10.加熱后尺寸變化率% 2.5 -2.0 -2.111.高低溫反復(fù)尺寸變化率 0.2 0.11 0.1012.焊角強(qiáng)度 N 3000 8026 5393 從上表可知：不同的Ti在同一配方體系，同一擠出生產(chǎn)線上擠出成型的硬PVC異型材的物理力學(xué)性能的差異。 C配方的測試結(jié)果除5，比B高，8，9， 二者相同外，其余均比B配方測試結(jié)果低

11、，特別是焊角強(qiáng)度低2633N。即，C配方焊角強(qiáng)度是B配方的67.2%。這個差距表明：如果用C種Ti生產(chǎn)異型材需對生產(chǎn)配方作較大的調(diào)整。4. 對初期著色的影響 不同生產(chǎn)單位，不同生產(chǎn)工藝的TiO2,在硬pvc型材成塑過程中表現(xiàn)了明顯不同的顏色色相。由于一般硬pvc塑料廠不具備TiO2,粒徑以及其分布的檢測手段，對不同廠家的TiO2,“-”pvc塑料的色相，一般是用pvc塑料的生產(chǎn)的配方在實(shí)驗(yàn)室成塑試樣去比較祥定（如實(shí)驗(yàn)報告-）。根據(jù)試樣顏色調(diào)整配方直至型材顏色符合標(biāo)準(zhǔn)要求。四.pvc塑料-評價TiO2,的方法 1. 測試項(xiàng)目 熱老化性能：不同生產(chǎn)方法生產(chǎn)TiO2,在PVC混合料變成PVC塑料的常

12、溫常壓的成塑過程中是否不影響其它組成或不被其它組成影響，是否不與其它組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？其初期著色如何？動態(tài)老化及靜態(tài)熱過程顏色變化，如熱-化不合格，以下的項(xiàng)目均無實(shí)驗(yàn)的必要 加工性能：TiO2在PVC材料擠出成塑過程中對工藝參數(shù)的一向 物理力學(xué)性能及焊接性確認(rèn)TiO2,對PVC塑料物理力學(xué)性能，焊接性能的影響 耐候性：是TiO2關(guān)鍵的特性，須在上述各種性能符合使用條件后，測試此項(xiàng)。如此項(xiàng)不合格，其余項(xiàng)目均合格也不能使用。2.實(shí)驗(yàn)： （1） 熱老化：實(shí)驗(yàn)室輥壓成型試樣作動態(tài)熱老化和靜態(tài)熱老化。 （2） 加工性能：選擇PVC型材廠在擠出生產(chǎn)線上同一配方作PVC型材擠出成型觀察比較不同TiO2對擠出

13、工藝參數(shù)的影響，同時取樣。 （3） 物理力學(xué)性能及焊接性：按國家標(biāo)準(zhǔn)取樣（即上3項(xiàng)）送權(quán)威機(jī)構(gòu)測試。焊接性能：在門窗組裝廠按國家標(biāo)準(zhǔn)作焊角，然后測試。 （4） 耐候性：同（3）。3.評價3， 對耐候性的影響 金紅石型TiO2具有化學(xué)惰性，不可溶性和熱穩(wěn)定性，但卻具有光化學(xué)活性，對暴露在大氣中的高聚物有催化氧化作用，作用的結(jié)果導(dǎo)致高聚物逐漸降解。從表面光澤降低開始，隨著顏料一層的暴露逐步發(fā)生粉化，在高聚物表面形成“粉積層”，這層“粉積層”由于松散的TiO2和逐漸降解的高聚物組成，如果使用穩(wěn)定性較差的TiO2顏料時，出現(xiàn)“粉化”的時間會大大縮短，因此對于戶外用PVC塑料制品特別是象門窗類建筑構(gòu)件，務(wù)必選用光化學(xué)活性低的TiO2顏料