配方对PVC异型材耐候性的影响.doc

配方对PVC异型材耐候性的影响 引言 型材和塑钢门窗行业作为我国的朝阳产业，十余年来得到了蓬勃发展。但由于塑钢门窗行业在我国仍属新兴产业，起步较晚，所以，与国外产品相比还存在着一定的质量差距，其中之一就是产品的耐候性问题。 此处所说的耐候性，涉及产品的二个方面：一是老化后产品表面变色，二是老化后残余抗冲击强度及抗拉强度的保留值。产品的变色直接影响到产品的外观，为用户所不能接受；有些变色还同时涉及到产品老化后的残余强度，而残余强度的变化速度，直接影响到产品的使用寿命。以往发表的有关塑窗变色的文章，多从钛白粉的紫外线屏蔽作用着手，认为变色的主要原因是PVC的降解所引起，但在以往的实践中，我们发现可以引起塑窗变色的因素较多，这些因素与PVC降解导致变色有着显著不同。 本文拟从发现的产品变色诱导因素着手，探讨产品变色情况与产品配方之间的关系，以期引起同行们的注意，对塑窗型材配方进行改进而解决塑窗变色问题。 2试验方法设计 考虑到已发现的诱导产品变色的各种因素以及现有的仪器、设备条件，为保证试验快捷，结果客观可靠，对试验方法作如下设计： (1)参照某异型材生产厂的实用生产配方设计一个基准配方。 (2)采用排除法，对认为在特定条件下可能会对产品变色起贡献作用的某些物料，分别从基准配方中删掉或换上其他品种(或型号)的替代品。 (3)将各种配方的物料分别在高昆机中混合、冷却，然后在扭矩流变仪中以相同的工艺条件制成不同配方的混炼试样块。 (4)将不同目的试样块与基准配方试样块置于同等试验条件下，试验完毕后目测试样块的变色情况。 3试验设备及仪器 (1)高混机，SHR一10B，张家港市轻工机械有限公司； (2)扭矩流变仪，RM一200，哈尔滨市哈斯特克科技开发公司； (3)紫外线烘箱，潍坊永力化工有限公司。 4试验所用物料 PVC、碳酸钙(活性轻钙)、硬脂酸铅、硬脂酸钙、二盐基亚磷酸铅、三盐基硫酸铅、硬脂酸、氧化聚乙烯蜡、二氧化钛、单甘脂、加工型ACR、抗冲型ACR、氯化聚乙烯等。 5 基准配方 6对试验的说明 为避免因生产厂家产品质量引起对该种产品导致塑窗材料变色的错误认定，试验后对每种引发变色的物料均取23家生产厂的产品再次进行平行试验，以确定试样块变色是由物料本身性质所致还是产品质量所致。 下面试验结果中，仅对引发变色的情况予以说明和讨论。 7试验及结果 71 在自然阳光下曝晒 在自然阳光下曝晒三周后试验结果见表1。 72紫外灯烘箱试验 将15中的配方试样块同时在紫外线烘箱中照射，4h后各试样块均出现变色，变色程度与7.1节中所述基本相同。只有2试样块较自然阳光下曝晒三周时稍深，夹杂有橘红色。 73烘箱试验 将试样块置于烘箱中，恒温100C，4h后开箱检查试样块颜色变化，结果见表2。 74 湿度对变色的影响 将15中配方的试样块置于薄膜塑料袋中，将试块表面用水弄湿，然后将塑料袋密封，置于阳光下晒三周。3和5配方试样块的变色较71节条件下的变色为轻，尤其是5配方试样块，几乎未发现变色。但1、2、4。配方(均含有硬脂酸)的试样块，有时发生严重变色，试样块表面有不规则状黑斑，黑斑的形状几乎与试样块表面干后的水迹轮廓相符。但发生严重变色的试样块须具备如下条件：试样块制成后放置一段时间或淋湿试样块的水不干净。 75硫氛下的变色 已有文章指出，在空气污染较严重的工业城市中，PVC塑窗的变色较其他地方要严重，我们怀疑是空气中的硫化物(S02)与加工PVC型材的稳定剂中的铅发生反应所致。为试验硫化物对塑窗变色的作用，我们将硫磺撒在15配方试样块表面，用水将硫磺湿润，置于自然阳光下曝晒。三周后检查试样块发现，13配方试样块与前面71节试验条件下的试样块变灰程度均明显加深，但4与5配方的试样块与71节条件下的变色情况无明显区别 8讨论 81与试样块变色有关的原料 从上面试验中颜色的变化及变化程度可以看出，与试样块颜色变化有关的原料有三盐基硫酸铅、硬脂酸、氯化聚乙烯。其中硬脂酸和CPE具有使试样块趋向灰黑的变色特性。而试样块表面发黄及棕色是PVC不同程度分解后的色泽。 82引发变色的原料的加合变色作用 从71节的试验可以看出，2配方中同时具有可引发变色的三盐基硫酸铅、硬脂酸和氯化聚乙烯，因而其灰色最深，局部呈棕红色，也较1、4、5配方试样块局部呈淡黄或黄色的色度要深。而3和5配方中分别去掉或更换了硬脂酸、CPE后，试样块颜色深度逐渐变浅。 83硬脂酸 硬脂酸使试样块变灰的原因有两种，其中之一是硬脂酸在合成过程中含有成分极复杂的有机杂质，这些杂质在紫外线和热量作用下极易氧化，成为黑色的脂类氧化物，这可从1配方试样块颜色深，而仅仅更换了硬脂酸的3配方试样块颜色变浅得以证明。有硬脂酸的试样块在74节条件试验下，出现严重变色和局部黑斑的现象，是因为湿度、温度(阳光下密封的塑料袋内温度升高)和缺氧条件下，试样块表面发生了霉变，这可从医用显微镜下观察到试块表面的大量霉菌而得到证实。 84三盐基硫酸铅 2配方在71节和72节的试验条件下，除呈灰色还局部夹杂棕黄色的原因是，因为三盐基硫酸铅的耐候性不如二盐基亚磷酸铅，在紫外线作用下，导致PVC分解。PVC随分解的程度不同，出现从黄、棕、灰的色泽，使试样块颜色变深，同样配方的试样块在73节的试验条件下，并未增加变色深度，是因为三盐的热稳定性还是足够的。 85氯化聚乙烯(CPE) 氯化聚乙烯的耐候性问题，从现有的文献看，未能引起足够的重视，但我们对含有CPE的配方在71、72、73和74节的条件下的试验，均证明CPE能引发试样块变色。作者认为，CPE引发PVC型材变色的机理是由于在CPE制造过程中所加的引发剂所致，关于其详细机理，将在另文中予以探讨。从4和5配方在7175节的条件下的试验可以看出，ACR较CPE有着更好的耐候性。无论在紫外线、热作用还是硫氛及湿度下，其变色性均较CP