环保助剂与化学建材绿化

环保助剂与化学建材绿化,陈宇,化学建材的推广应用一方面真正实现了以塑代钢和以塑代木，提高了资源利用率，推动了社会进步；另一方面也带来了环保问题。,全球卫生、安全、环保等方面的法规日益严格，要求化学建材从选材、配方组分、加工工艺及其过程、使用、到废弃处理、分类回收、再生循环、环境可消纳性、燃烧产物及其毒性等环节或因素都必须考虑环境负荷。,聚氯乙烯和聚烯烃两大类,聚烯烃自身无毒，在其制造过程中，慎重选择无毒助剂等配方成分，实现绿色环保化，是比较容易的。,PVC树脂的选用一直备受争议，日本学者甚至提出禁用PVC，欧盟绿色环保组织十几年不断向政府施压，对PVC提出了激烈的批评，认为PVC是含氯产品，其废料的处理客观造成二噁英对大气的污染。,以PVC树脂为基础的化学建材用量逐年递增，人们将研究的焦点集中于PVC助剂的绿色环保化。,PVC热稳定剂铅盐等毒性大，不被环境分解，经生物吸收后，对人体健康严重损害。化学建材制品耐候性的提高可有效延长其使用寿命。使用周期的延长提高了资源利用率，也降低了因回收处理、循环再生等因素对环境造成的压力。,化学建材的绿色环保化是以成本提高为代价的。,在环保性和经济性产生矛盾时，应该采用一个客观的态度,1PVC化学建材热稳定体系的无害化,2PVC化学建材耐候体系的优化,3PVC化学建材阻燃抑烟,4PVC化学建材的填充改性,5PVC化学建材加工助剂的研发进展,1PVC化学建材热稳定体系的无害化,“绿色”建筑塑料已成为21世纪建材工业的发展方向，高效、多功能、无毒、无公害是塑料助剂发展的总趋势。,大量使用重金属铅盐稳定剂的欧盟国家如法国已完成Ca/Zn热稳定体系的技术储备并已向欧盟承诺，到2010年50%取代重金属,2015年将全部取代重金属。据了解，瑞典和丹麦在今年将禁止使用重金属铅盐和镉盐稳定剂。北美国家的UPVC管材、型材、板材和片材已限制使用铅盐稳定剂，在其它各类塑料制品中，使用铅稳定剂的只占17%。日本规定在2002-2005年，除少数几个品种外均不得使用重金属铅盐稳定剂。,美国消费者协会执行美国ASTMF963标准：要求PVC制品铅总含量200PPM；欧洲国家参照儿童玩具安全卫生标准，执行欧洲EN71-3标准，铅90PPM，制品铅含量的检测方法使用EPA3050B：1996检测方法。,我国塑料的挤出技术尚落后于国外，国内生产PVC制品用助剂多数不适应高速加工的工艺要求，在加工特性、力学性能和其它性能方面与国外同类产品相比差距较大，严重制约着我国高速挤出技术的发展。,高效、无毒产品多依赖进口产品。,无铅化PVC的配方体系可减少以至消除因硫化污染和游离铅催化钛白粉导致型材变色的现象，提高型材耐老化性能及力学性能。,为使我国PVC化学建材尽早与国际标准和国际市场接轨，新修订的GB/T8814门、窗用未增塑聚氯乙烯（PVC-U）型材,有望取代铅类稳定体系应用于化学建材的无毒热稳定剂品种有有机锡类、复合钙锌类和稀土类热稳定剂。,稀土特点:稀土化合物就其本身而言是无毒化合物，稀土复合稳定剂可以做到低铅无镉或无铅无镉。稀土热稳定剂在高剪切力和250高温下相对稳定，自身不会分解成能促进PVC分解的物质。稀土复合稳定剂具有优异的热稳定效能，兼具促进熔融、偶联、具内增塑增韧以及增艳等功能。,稀土优点：由于稀土原子的特殊结构和实际应用结果表明，稀土复合稳定剂能使PVC混合料塑化均匀，塑化速率提高，改善物料的流动性，挤出加工工艺性好，产品质量稳定性高；由于稀土原子可与多种有机物及无机物结合，并能使树脂紧密包裹CaCO3，故能使型材的冲击强度和门窗的焊角强度明显提高；由于稀土原子具有吸收紫外光，放出可见光的特性，进一步减少了紫外光对树脂分子的破坏，能改善制品的户外老化性能。由于上述多功能特性，应用稀土稳定剂可以降低PVC型材的综合成本，有较高的性能价格比。但应强调的是，稀土复合稳定剂合成技术的不同，产品中阴阳离子、协效剂的种类、配比选择不同，其最终产品的性能不同，因此应用过程中应给予充分注意。,克服各自缺点的方法：相互间的结合，取长补短,PVC稀土/钙/锌复合稳定润滑剂具有如下特点：具有优异的热稳定性、润滑性、耐候性、透明性；无毒、无臭、绿色环保、安全卫生、利于环境保护；与PVC分散性、相容性好，无硫化污染；能改善提高PVC制品的可焊性，冲击性等机械力学性能；抗析出、成型加工性好，能进行稳定的生产、延长挤出周期。,表1八大重金属检测结果,WWP稀土/钙/锌复合稳定剂的应用实例：,生产工艺情况：WWP配方生产速率提高，能耗下降、工艺平稳。,表2测试结果1,卫生性能检测结果：型材样品经SGS国际认证机检测结果:铅含量18ppm,镉未检出。制品安全卫生。,如上所述，稀土/钙/锌体系替代复合铅实现PVC化学建材稳定体系无毒无害化已成为现实，化学建材生产厂家及助剂研究生产单位应关注这一进展，以便全面提升我国化学建材的绿色环保性能，全面促进化学建材制品进入欧美市场。,返回,2PVC化学建材耐候体系的优化,PVC化学建材制品耐候性的提高可有效延长制品的使用寿命，提高资源利用率，减轻废弃建材制品对环境造成的压力。,有关PVC化学建材使用寿命的评价标准始终没有明确和统一。,影响PVC化学建材制品寿命的因素，主要有基础树脂、热稳定体系、润滑体系和耐候体系。,基础树脂的选择基本是相同的，而热稳定体系和润滑体系的选择不当会直接影响制品的耐候性。但是热稳定体系和润滑体系的正确选择并不能替代耐候体系的引入。,耐候体系:光屏蔽剂、紫外线吸收剂、受阻胺类光稳定剂、抗氧剂等。,国内PVC化学建材生产配方存在若干误区：一，不严格区分金红石型和锐钛型钛白粉，甚至将两种光稳定效果截然不同的钛白粉相互替代使用或者混用，在此类配方中考虑更多的是增白效果和成本因素，而非耐候性；二，认为加了钛白粉耐候性就足够了，其它光稳定剂只能带来成本升高，于事无补；三，对非增塑PVC制品的耐候体系缺乏系统研究。有些厂家照搬国外专利公开配方，简单添加一些紫外线吸收剂，如UV-531或UV-9，而没有进行全面的对比实验研究，耐候性的改善效果不显著；四，认为碱性受阻胺类光稳定剂不能用于PVC制品，PVC热分解产生的HCl会中和受阻胺致其失效。,表4非增塑PVC制品用光热稳定剂,返回,3PVC化学建材阻燃抑烟,PVC作为含卤树脂，其难燃性高于其它合成树脂，但随着其它助剂的引入，非增塑PVC制品也是可燃的。随着我国公共场所及家居装饰材料安全消防性能的要求的提高和立法进程的推进，PVC制品的阻燃消烟性越来越得到重视，公共场所失火生烟对生命的危害远大于火焰本身，据统计，全球火灾中因合成材料着火导致的火灾占90%。在火灾中，因烟雾窒息而死的人数占火灾死亡人数的80%以上。,PVC树脂燃烧发烟量较高，抑烟性成为提高PVC制品消防安全性能的关键因素。可用于PVC抑烟剂的主要有无机盐剂，如氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、含钼化合物、碳酸钙、硅酸盐、三氧化二锑、水滑石，所述抑烟剂可单独使用，也可根据配方体系复合使用。,返回,4PVC化学建材的填充改性,在塑料中加入各种填料（碳酸钙、滑石粉、硅灰石、云母以及纤维等）可以降低成本，提高材料刚性、硬度、耐热性，以及制品的尺寸稳定性和耐蠕变等；而且还可以赋予材料特殊的性能或功能。,20世纪八十年代以来，无机刚性粒子增韧理论和界面诱导理论的出现和发展，彻底改变了只有添加弹性体才能提高材料韧性的传统观念，使CaCO3等传统意义的无机填料变成可显著提高塑料性能的一种功能性材料。,目前的CaCO3改性技术：,1.偶联剂活化技术2.纳米材料和纳米技术3.稀土配位技术,新型改质剂WMH产品：利用稀土元素与有机配体合成一种具增韧偶联、多功能特性的新型改性剂，通过与CaCO3等无机粉体“核-壳”包裹形成,（1）性能特点：a）与PVC树脂相容性好b）可降低PVC复合物的熔融粘度，改善加工流动性能c）可对PVC/CaCO3复合体系实现增量改性d）使用方便，经济实用e）无毒,（2）对性能影响评价,表5WMH对PVC复合体系加工性和力学性能影响对比,（3）工业应用,市场上迫切需要提高质量或保持质量降低成本的新材料WMH产品售价为30004000元/吨，远低于各类PVC制品配方成本价，可以在用户厂家原生产配方组成及填充量不变情况下视制品性能需要，直接加入3-20份/100份树脂。加入方法与CaCO3填充料相同，无需改变原生产工艺、设备条件。,（4）应用实例,a）门窗型材应用,表6混合料流变性能检测结果,表7型材检测结果,b）UPVC排水管,在原配方活化CaCO3填充量为20份基础上加入WMH10份。可使制品综合生产成本每吨下降100多元。,表8110排水管检测结果,c）壁板生产,将原配方60份活化重钙换成100份WMH/100份树脂。可使制品韧性、弹性、外观均优于原生产配方，配方综合成本下降近300元/吨。,（5）结论,WMH产品是一种新型PVC用无机刚性粒子增韧剂，它由具多功能特性的稀土有机化合物与微细化无机粉体粒子CaCO3通过包裹复合而成，形成核-壳结构，具首创性、实用性和经济性。应用于PVC/CaCO3复合体系实现增量、增效改性，进一步减少树脂用量，保持制品性能不变或改善性能，降低生产成本。,返回,5PVC化学建材加工助剂的研发进展,加工改性剂是针对聚氯乙烯树脂特别是硬聚氯乙烯（UPVC）加工性能差而开发的一种改性助剂。ACR类加工助剂MBS类ABS类EVS类稀土类：促进塑化能力更强，比ACR提高约40%，能提高制品的加工流动性、兼具热稳定性、润滑性、偶联作用,稀土类性能特点：（1）流变性能,表9流变性能评价,（2）离模膨胀性能,表10离模膨胀率,同时观察模口流出来的料条表面的平整性和光洁度，WAC进口ACR产品国产ACR产品。,（3）力学性能的影响评价,表11力学性能对比,（4）光学性能评价,表12光学性能评价,（5）热稳定性评价,表13静态热稳定试验结果,（6）卫生性能评价,本产品经中国预防医学科学院,依据食品安全性毒理学评价程序（GB15193.1-94）中急性毒性（LD50）剂量分级进行评定，WAC改性剂属于实际无毒物质。,（7）应用实例,a）排水管,表14排水管性能,b）注塑管件,表15注塑管件性能,c）塑窗型材,表16型材光泽度、冷冲性能及焊角强度,稀土加工改性剂具有如下优点：具有优异的促进熔融作用，可赋予PVC混合料良好的均匀塑化及高熔融流动性，提高挤出速率；能改善熔体延展性，防止熔体破裂，抗析性、焊接性好；具有独特偶联功能，可适当增加填充剂用量，降低生产成本；能提高制品初期白度，改善制品光洁度；具增韧作用，不影响制品热变