聚氯乙烯助劑是在聚氯乙烯工業化以后逐漸發展起來的。20世紀60年代以后,由于石油化工的興起,塑料工業發展甚快,塑料助劑已成為重要的化工行業。根據各國塑料品種構成和塑料用途上的差異,塑料助劑消費量約為塑料產量的8%~10%。目前,增塑劑、阻燃劑和填充劑是用量最大的塑料助劑。
增塑劑一類可以在一定程度上與聚合物混溶的低揮發性有機物,它們能夠降低聚合物熔體的粘度以及產物的玻璃化溫度和彈性模量。其作用機理是基于增塑劑分子對聚合物分子鏈間引力的削弱。
增塑劑是最早使用的塑料助劑。19世紀下半葉,就曾采用樟腦和鄰苯二甲酸酯作硝酸纖維素的增塑劑。1935年聚氯乙烯工業化后,增塑劑得到廣泛應用。目前,約80%用于聚氯乙烯和氯乙烯共聚物,其余用于纖維素衍生物、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇、天然和合成橡膠。軟質聚氯乙烯平均外加 45%~50%(質量,下同)增塑劑。由于不需或僅少量添加增塑劑的硬質聚氯乙烯的迅速發展,增塑劑在許多工業發達國家的增長率已低于聚氯乙烯。中國聚氯乙烯軟質制品仍占很大比例,故增塑劑仍將有較快的發展。
鄰苯二甲酸酯類是增塑劑的主體,其產量約占增塑劑總產量的80%左右,其中鄰苯二甲酸二辛酯(簡稱DOP)是最重要的品種。生產規模較小的增塑劑有:己二酸和癸二酸的酯類(具有良好耐寒性),磷酸酯類(具有阻燃作用),環氧油和環氧酯類(與熱穩定劑有協同作用),偏苯三酸酯和季戊四醇酯(耐熱性較好),氯化石蠟(輔助增塑劑和阻燃增塑劑),烷基磺酸苯酯(輔助增塑劑)。
熱穩定劑主要功能是防止加工時的熱降解,也有防止制品在長期使用過程中老化的作用。用量較大的是聚氯乙烯和氯乙烯共聚物的熱穩定劑。熱穩定劑在軟質制品中的用量為2%左右,而在硬質制品中為3%~5%。
熱穩定劑的主要類別有鹽基性鉛鹽、脂肪酸皂、有機錫、有機輔助穩定劑和復合穩定劑。①鹽基性鉛鹽(即堿式鉛鹽)如三鹽基碳酸鉛和二鹽基亞磷酸鉛,使用最早,目前仍大量采用。其耐熱性、電絕緣性、耐候性均較好,價格低,但有毒,不透明,分散性差。②脂肪酸皂,主要是硬脂酸和月桂酸的鎘、鋇、鈣、鋅、鎂鹽。通常將鎘皂和鋇皂,鈣皂和鋅皂并用,以產生協同效應。鎘皂毒性大,鋇皂也有一定毒性,但鈣皂和鋅皂無毒。③有機錫,是近來發展最快的類別。具有良好的透明性,許多品種的耐熱性和耐候性十分突出,是硬質透明制品必不可少的熱穩定劑。二巰基醋酸異辛酯、二正辛基錫是應用最廣的無毒穩定劑。④亞磷酸酯和環氧化合物,作為輔助穩定劑常用作復合穩定劑的組分。復合穩定劑有通用的鎘-鋇(鋅)、耐硫化污染的鋇-鋅、無毒的鈣-鋅以及有機錫復合物等類型,多為液態。
聚氯乙烯助劑用于塑料成型加工品的一大類助劑,包括增塑劑、熱穩定劑、抗氧劑、光穩定劑、阻燃劑、發泡劑、抗靜電劑、防霉劑、著色劑和增白劑(見顏料)、填充劑、偶聯劑、潤滑劑、脫模劑等。其中著色劑、增白劑和填充劑不是塑料專用化學品,而是泛用的配合材料。
聚氯乙烯