热稳定剂的应用及作用机理的可行性研究报告

第一节 热稳定剂的简介

热稳定剂是塑料加工助剂中重要类别之一，热稳定剂与PVC树脂的诞生和发展同步，主要用于PVC树脂加工中，因此热稳定剂与PVC树脂、PVC中软硬制品的比例有密切关系。（可行性研究报告）

第二节 热稳定剂的应用

软质制品：主要是混合金属稳定剂，因为它们的成本较低，并且加入增塑剂后容易加工。加工时采用的温度恰好与发挥混合金属最大稳定性的温度相吻合。

由于铅的毒性和环境问题，在大多数通用场合钡一锌和钙一锌稳定剂正在迅速取代更有效的钡一铅配方。能够提供与铅体系相近的加工稳定性的新型共稳定剂正不断开发出来，以实现无铅稳定剂。这种情况的出现是由于政府法规和废物处理的高费用。

钙一锌稳定剂与食品级的亚磷酸酯和辅助组份的组合在食品包装膜方面得到了应用。

使用的增塑剂在大多数软质制品中，使用的增塑剂含有环氧化酯，如环氧甘油酯、环氧脂肪酯。环氧化物与氯化氢反应而作为辅助稳定剂。

由于铅化合物独特的电性能，在电线电缆包覆市场中占优势，一些混合金属在包覆应用中作为辅助稳定剂。

硬质制品：在北美的硬质PVC制品市场上，尽管也有一些错、混合金属、流基锑酯类使用，但大多数是采用含有机锡的稳定剂。在世界的其它地区，特别是当用作异型材时，铅稳定剂正逐步取代钡一幅稳定剂，这是由于上面谈到的锅的问题。但是，由于潜在的环境因素，在这些应用领域中正逐步用钙一锌和有机锡来取代铅。

管材：硬质PVC管材是PVC独有的最大的市场，大多数管材是在双螺杆挤出机上加工的。由于受热时间短，因而采用了较低浓度的流基有机锡稳定剂。这些管材级稳定剂可含有少至4-10%的锡，使用量通常为每100份聚合物用0.4份（双螺杆挤出时），而单螺杆挤出时为0.6-1.0份。用于饮用水管的稳定剂必须符合独立认证机构的要求。

注塑：随着往复移动螺杆注塑模具对合适树脂的要求的出现，已成功地开发了高效稳定剂并制得非常大的部件（35磅）。

虽然树脂的分子量越低，加工也越易，但注塑模具的高剪切通常需要含14%-25%锡的有机锡流基酯。

吹模：恰当地选择有机锡对于吹模来说是非常关键的，这是因为起始就有的颜色、香料、透明性的附加要求，在通用制品中起决定性作用的是硫酸丁基锡酯和硫酸甲基锡酯。尽管甲基锡和酯锡也有FDA的许可，但在食品级应用中主要使用辛基锡。

膜材和片材：挤出和压延都被用来加工硬质PVC膜材和片材，通常对于膜材和片材采用与瓶子使用的一样的稳定剂。

披迭板及外型材：对于用于披迭板及窗户外框材料的PVC的稳定剂，耐候性和保持颜色的耐久性是额外的要求。长期的研究已确定了这些用途的最佳有机锡结构。

在北美单/双有机锡硫酸盐是现行首选的稳定剂，而在传统上一直使用金属混合物的欧洲其吸引力也在增大。

在北美，高添加量的二氧化钛用于很好地防止紫外线。这一事实再加上较高的生产率，均要求有机锡提供更优良的加工稳定性。

第三节 热稳定剂的作用机理

如要防止或延缓像PVC类的聚合材料的热老化，要么消除高分子材料中热降解的引发源，如PVC中烯丙基氯结构和不饱和键；要么消除所有对非链断裂热降解反应具有催化作用的物质，如由PVC上解脱下来的氯化氢等，才能阻止或延缓此类聚合材料的热降解。 因此所选择和使用的热稳定剂应具有以下的功能：

① 能置换高分子链中存在的活泼原子（如，PVC中烯丙位的氯原子），以得到更为稳定的化学键和减小引发脱氯化氢反应的可能性；

② 能够迅速结合脱落下来的氯化氢，抑制其自动催化作用；

③ 通过与高分子材料中所存在的不饱和键进行加成反应而生成饱和的高分子链，以提高该合成材料热稳④ 能抑制聚烯结构的氧化与交联；

⑤ 对聚合材料具有亲和力，而且是无毒或低毒的；

⑥ 不与聚合材料中已存在的添加剂，如增塑剂、填充剂和颜料等发生作用。

当前使用的热稳定剂并不能完全满足上述的要求，所以在使用过程中必须结合不同聚合材料的特点来选用不同性能的热稳定剂。有时还必须与抗氧剂，光稳定剂等添加剂配合使用，以减小氧化老化的可能。

定性，盐基性铅盐是通过捕获脱落下来的氯化氢而抑制了它的自动催化作用。

脂肪酸皂类一方面可以捕获脱落下来的氯化氢，另一方而是能置换PVC中存在的烯丙基氯中的氯原子，生成比较稳定的酯，从而消除了聚合材料中脱氯化氢的引发源。

有机锡化合物首先与PVC分子链上的氯原子配位，在配位体电场中存在于高分子链上的活泼氯原子与Y基团(有机锡化合物中酸的基团)进行交换，从而抑制了PVC脱氯化氢的热降解反应。

第四节 热稳定剂的影响

（1）稳定剂的折射率

热稳定剂与PVC树脂的可见光折射率1.52~1.55相同或近似，则PVC制品透明度就较好，反之则透明度就较低。

（2）稳定剂分子（分子团）的线性长度：热稳定剂分子（或分子团）线性长度小于可见光波长400~735nm折射光较少，透明度较高，反之透明度较低。

（3）热稳定剂在PVC中的“溶解度”，即相容性：所谓相容性系指两种或多种物质混合时的相互亲和力。
相容性好即有可能达到分子级分散。热稳定剂在熔融状态下与PVC树脂相容性好。形不成两相，也就是没界面或界面不明显，折射光较少，PVC制品的透明度较高。液体稳定剂比相应的固体金属皂在PVC中相容性好，分子线性长度亦较小，因而PVC的透明度较高。

液体有机锡热稳定剂透明度最好，这是因为无论是未参加热稳定化反应的热稳定剂本身，还是已参加稳定化反应后生成的R2SnCl2在PVC树脂中均有很好的相容性。而Ba/Zn、Ba/Cd、Ca/Zn的硬脂酸皂在PVC中有一定的相容性，透光率亦比较高，但因其相容性有限，分子线性长又较大，参加热稳定化后的生成物是典型的金属盐类如CaCl2、BaCl2等，与PVC的相容性较差，因而用量大时因有较多折射光，影响其透光率而变混浊。

相容性极差的三碱式硫酸铅、二碱式亚磷酸铅，分子团又比较大，因而PVC制品不透明。

而硬脂酸铅因有一定的相容性，用量少时则为半透明。

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