高分子材料加工助剂 第三章热稳定剂.ppt

1、第三章热稳定剂,概述,作用：在树脂加工的过程中，防止或抑制其脱HCl以及因脱HCl而引起的变色。在制品的有效使用期内，保持其足够的热稳定性并减缓热、光氧引起的降解，延长其使用寿命。,聚氯乙烯(PVC)是五大通用塑料之一，其世界年销量在热塑性塑料中仅次于PE居第二位。但是，PVC存在着热稳定性差、易分解的缺点，因此加工时必须使用热稳定剂，以阻止或延缓分解。,2.1PVC的热降解及热稳定剂的作用机理,2.1.1影响PVC热降解的因素,结构的影响,支链结构(叔氯原子)；烯丙基氯的影响；双键的影响；头头结构、尾尾结构；共轭双键的影响,氧的影响氧对PVC的影响主要表现在三个方面，即急速脱氯化氢反应，使降

2、解的聚合物褪色，降低分子量,HCl的影响氯化氢对PVC脱氯化氢有自动催化作用,金属氯化物的影响氯化氢对PVC脱氯化氢有自动催化作用,此外，还有增塑剂、临界尺寸等影响。,3.1.2聚氯乙烯降解的机理,PVC在空气中的热（光）降解主要包括以下一些反应：脱HCl；氧化及断链；交联。,由活性自由基引起的降解,继续脱HCl,由氧的存在而引起的降解,继续脱去HCl,由叔碳原子的存在引起的降解,由双键结构的存在引起的降解,由头-头结构引起的降解,交联。当两个自由基靠近时，容易偶合而产生链终止，发生了分子间的交联反应，有时交联是由于分子间脱HCl引起的。,此外，存在于聚合物体系中的某些金属离子，具有强烈的催化

3、脱HCl作用。例如：FeCl3、ZnCl2、CdCl2.,3.1.3热稳定剂的作用机理,吸收降解过程中所产生的HCl；置换PVC分子中不稳定的烯丙基氯原子或叔碳氯原子,抑制脱PVC脱HCL；与自由基反应，终止自由基的传递；与共轭双键起加成反应,减少着色；抑制PVC的氧化；钝化具有催化脱HCl作用的金属离子。,3.2热稳定剂的主要品种与应用,按照所起的作用，将其可分为三大类主热稳定剂（铅盐类、金属皂类、有机锡类等）辅助热稳定剂（环氧化合物、亚磷酸酯、多元醇等）由主副稳定剂所组成的复合稳定剂。,协同作用：是指两种热稳定剂配合使用时的热稳定效果明显地大于各自单独使用时所能得到的效果的总和。,3.2.

4、1铅盐类,铅盐类包括除铅皂以外的所有铅盐，绝大多数都含有盐基即一氧化铅(PbO)的铅盐。虽然(PbO)本身就具有很强的结合HCl的能力。但因其色黄会使制品着色，而常用盐基铅盐是白色粉末。,铅盐类的主要代表品种,硬质不透明瓦楞板PVC100亚磷酸三苯酯0.7三盐基硫酸铅3石蜡0.5二盐基亚磷酸铅4着色剂适量硬脂酸铅0.5,配方举例：,挤出通用不透明硬管PVC100硬脂酸钡0.7三盐基硫酸铅2硬脂酸钙0.5二盐基硬脂酸铅0.30.5硬脂酸适量硬脂酸铅0.5,通用电器绝缘材料PVC100二盐基硬脂酸铅1DOP45粘土7三盐基硫酸铅2高熔点石蜡0.5,3.2.2金属皂类,多为脂肪酸（月桂酸、硬脂酸等）

5、的金属（钡、镉、铅、锌、钙、镁）的盐。其通式为（RCOO）nM,它除能与HCl作用外，其主要作用是能够置换活泼的烯丙基氯原子。,稳定机理：,中和HCl：,置换活泼的烯丙基氯原子：,金属皂的代表品种,金属皂的代表品种,金属皂的特点：具有良好的润滑性，某些金属皂本身就是润滑剂。具有良好的热稳定性除铅皂、钙皂外，几乎都具有透明性。都不单独使用，合适的并用可获得优良的协同效果。金属皂的的热稳定性总的来说不如铅盐类，少数仍具有毒性和硫化污染。,农用薄膜PVC100硬脂酸锌0.2DOP37螯合剂1DOS10双酚A0.2环氧脂3六磷胺5硬脂酸钡1.5三嗪-5光稳定剂0.3硬脂酸镉1.2,配方举例：,鞋用泡沫

6、人造革（白色）PVC100硬脂酸锌0.8DOP45硬脂酸钡0.5DBP10月桂酸有机锡1环氧大豆油5发泡剂AC3硬脂酸钙0.5钛白粉适量,3.2.3有机锡稳定剂,有机锡的通式为RmSnY4-m(R为烷基，Y是通过氧原子或硫原子与Sn连接的基团)。根据Y的不同，有机锡稳定剂主要有下列三种类型：脂肪酸盐型、马来酸盐型和硫醇盐型。,稳定作用机理：,与氯化氢的反应,与不稳定氯原子反应,与共轭双键加成,捕捉自由基,有机锡还具有捕获自由基的能力，当它与大分子自由基反应之后，使自由基终止，而本身成为较稳定的自由基。以二丁基二月桂酸锡为例，反应式如下：,分解氢过氧化物,含硫有机锡还具有一种抗氧化作用，它能分解

7、氢过氧化物，降低体系中自由基的浓度而起稳定作用。,性能特点,配方举例,注射硬质透明制品PVC100硬脂酸钙0.9MBS抗冲击改性剂5石蜡1.3丙烯酸酯加工助剂1.5TiO22锡稳定剂2部分氧化聚乙烯蜡0.15,吹塑模塑瓶PVC100酯腊E0.9MBS抗冲击改性剂5硬脂酸单甘油酯1.3单（巯基醋酸异辛酯）三正丁基锡1.5聚乙烯蜡0.1双（巯基醋酸异辛酯）二正丁基锡2调色剂适量,3.2.4辅助热稳定剂,环氧化合物是PVC的重要辅助热稳定剂，他们可以增强主热稳定剂的耐热性及耐侯性，它主要分为增塑型和树脂型两大类。增塑型主要是环氧大豆油、环氧亚麻子油、环氧妥尔油能、环氧硬脂酸丁酯、辛酯等环氧类化合物。

8、树脂型的主要有环氧氯丙烷双酚A型环氧树脂。,环氧化合物,稳定作用机理,含环氧基的化合物能与HCl除能与HCl反应外，还能通过生成的邻氯醇和双键反应而起阻断共轭链的增长作用，并能与双键直接加成形成环状化合物。,亚磷酸酯,亚磷酸酯的种类很多，包括亚磷酸三烷基酯，三芳基酯、烷基芳基酯混合酯、三硫代烷基、双亚磷酸酯以及聚合性亚磷酸酯。,有机亚磷酸酯是过氧化物分解剂，在聚烯烃以及合成橡胶中广泛用作辅助抗氧剂，而在PVC中作为螯合剂使用。当与金属稳定剂并用时，能结合金属离子，防止金属离子的催化降解作用，从而提高PVC的耐热性和耐候性。,多元醇,能提高PVC的热稳定性，改善其色相。特别是对含石棉填料的制品，

9、可有效抑制由于含铁化合物所引起的色变，多元醇还可提高电缆料的电性能，目前认为多元醇的加入，可以吸收杂质离子抑制其催化降解和导电性能。主要品种有季戊四醇，木糖醇、甘露醇、山梨糖醇等。,3.3热稳定剂之间的协同作用,3.3.1金属皂之间的协同作用,由于金属皂因其金属的活性不同，所以各种金属皂对PVC的稳定能力也不相同，根据金属皂的稳定功能可分为两大类，即Cd、Zn类、Ba、Ca、Mg类和铅皂。,Cd皂和Zn皂的稳定机理是：(1)捕捉PVC释放的HCL，因而对PVC有长期稳定作用；(2)Cd皂和Zn皂通过置换烯丙基氯抑制多烯链的生长，使PVC稳定。Ba皂、Ca皂、Mg皂类同样能捕捉PVC释放的HCL

10、，但不能置换烯丙基氯。,特点：镉、锌皂：具有较强的抑制PVC脱HCL的能力，故初期色相好，但后期因生成的CdCl2、ZnCl2具有较强的催化脱HCl降解作用，故长期稳定性不好，表现在后期使PVC急剧变色，特别是锌皂，极易出现急剧黑化，即所谓的“锌烧”现象。钡、钙皂：具有一定的稳定作用，抑制色变能力差，故初期色相不好，但具有长期热稳定作用，变色较缓慢，后期无急剧变色现象。这是由于在稳定的过程中生成的BaCl2、CaCl2基本无催化脱HCl作用。,协同机理：,以最常用的硬酯酸钡/硬酯酸镉并用体系为例,3.3.2金属皂与环氧化合物之间的协同作用,以钡-镉-环氧化物复合体系为例，反应式如下：,3.4复

11、合热稳定剂,从前面的叙述可以看到，热稳定剂单独使用的情况较少，而是根据各自特殊的要求来配合使用，而且大部分产品为粉末状，一些是有毒性的物质，为了使用上的方便，防止粉尘中毒，精确计量。复合热稳定剂与各粉状的稳定剂相比，其优缺点如下：复合热稳定剂的优点：与树脂的相容性好、透明好、不易析出、易分散、容易计量、加工性能好。复合热稳定剂的缺点：因金属的含量低些，稳定剂的用量增加，会使硬质制品的热变性温度变低，润滑性较差、长期放置容易分层、结块。,液体复合热稳定剂,这类稳定剂通常是一些颜色较深的透明液体，呈茶色至褐色。液体复合热稳定剂是有机金属类、亚磷酸酯、多元醇、抗氧剂和溶剂等多组分的复合物。金属盐类是复合热稳定剂的主要成分。,（1）亚磷酸酯型的液体钡/镉/锌的配制,水解的亚磷酸-苯二异辛酯8.6苯甲酸镉8.3季戊四醇3.0脂肪酸锌4.4双酚A2.8亚磷酸-苯二异辛酯57.4脂肪酸钡15.5,（2）环烷酸型的液体钡/镉/锌的配制,非对称型钡盐49.1双酚A2脂肪酸镉盐9.6脂肪酸锌盐3.1变压器油17.2亚磷酸-苯二异辛酯20,（3）液体钡/锌PP-87的配制,烷基酚钡49.1水解的亚磷酸三苯酯2液体石蜡19.3双酚A0.