熱穩定劑是pvc加工當中不可缺少而且重要助劑之一,PVC熱穩定劑使用的劑量不是特別多,但是它的作用是很大的。在PVC加工中使用熱穩定劑可以進一步保證PVC不容易被外界的因素所降解,從而提高產品穩定性。PVC加工當中常用的熱穩定劑主要有五種產品,分別是堿式鉛鹽類穩定劑、金屬皂類穩定劑、有機錫穩定劑、稀土穩定劑、環氧化合物等。PVC降解機制十分繁雜, 不同穩定劑的作用機制也是大不相同,所以達到的穩定效果也是有所區別的。
1. PVC的熱降解機理
PVC在100~150℃肉眼可以明顯看到分解反應的發生,而紫外光、機械力、氧、臭氧、氯化氫以及一些活性金屬鹽以及金屬氧化物等都可以大大加速PVC的分解過程。PVC的熱氧老化較復雜,一些文獻報道將PVC的熱降解過程分為兩步。(一)脫氯化氫:PVC聚合物分子鏈上脫去活潑的氯原子產生氯化氫,同時生成共軛多烯烴;(二)更長鏈的多烯烴和芳環的形成:隨著降解的進一步進行,烯丙基上的氯原子極不穩定易脫去,生成更長鏈的共軛多烯烴,即所謂的“拉鏈式”脫氫,同時有少量的C-C鍵的斷裂、環化,進而產生少量的芳香類化合物。其中分解脫氯化氫是導致PVC老化的主要原因。關于PVC的降解機理比較復雜,沒有統一的定論,研究者提出的主要有[4]自由基機理、離子機理和單分子機理。
2. PVC的熱穩定機理
在加工過程中,PVC的熱分解對于其他的性質改變不大,主要是影響了成品的顏色,加入熱穩定劑可以抑制產品的初期著色性。當脫去的HCl質量分數達到0.1%,PVC的顏色就開始改變。根據形成的共軛雙鍵數目的不同,PVC會呈現不同種顏色(黃、橙、紅、棕、黑)。如果PVC熱分解過程中有氧氣存在的話,則將會有膠態炭、過氧化物、羰基和酯基化合物的生成。但是在產品使用的長時間內,PVC的熱降解對材料的性能影響很大,加入熱穩定劑可以延遲PVC降解的時間或者降低PVC降解的程度。
在PVC加工的過程中加入熱穩定劑可以進一步抑制PVC的降解,從而達到延長塑料制品壽命的目的,那么熱穩定劑也會起到的很重要的作用,比如通過取代不穩定的氯原子、吸收氯化氫、并且與不飽和部位發生加成反應等方式來抑制PVC分子的降解。
理想的熱穩定劑會具備多種功能:(1)置換活潑、取代不穩定分子,如連接在叔碳原子上的氯原子或者是烯丙基氯,進而可以生成非常穩定的結構;(2)吸收PVC加工過程中放出的HCl,消除HCl的自動催化降解作用使產品變得更加的穩定;(3)中和或鈍化對對降解起到催化作用的金屬離子以及其它有害雜質;(4)通過多種形式的化學反應可以阻斷不飽和鍵的繼續增長,從而抑制降解著色的發生;(5) 最好是對紫外光有著防護屏蔽作用。