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1、TiO2在PVC塑料中的应用-马劼平1一.PVC塑料简介 1.概况：PVC是五大热塑性合成树脂之一，产量仅次于PE，居第二位。PVC约占世界合成树脂总消费量的30。2003年PVC全球总产量能达到3500万吨。总产量约为2800万吨。PVC塑料是以PVC树脂位基材，添加各种助剂的一类塑料，经过不同的成塑方法制成制品的泛称。2PVC塑料按照成塑方法分为：压延制品；注射制品；挤出制品；中空成型制品；吹塑制品按照制品硬度分类位：软制品；半硬制品；硬制品按照产品形状可分为：板；片；膜；棒；管；线；异型材等等产品的成型方法与产品的外观形态均取决于产品的性质，用途及技术指标，3附1：到2003年，国内PV
2、C异型材生产厂有600多家，型材生产线4000多条，2003年产能达300万吨，实现销售量为150万吨，按国内PVC异型材通用配方计算年消耗金红石TiO2约11万吨18万吨（年产能计），即产品用途决定产品的生产工艺和技术。42国内状况2003年我国年用PVC树脂560万T年产量360万吨。氯碱行业已规划投入建设的新生产线约超过100万T。PVC塑料制品中70%上为硬制品，其中以PVC型塑料管材、管件等化学建材为主导产品，另外是PVC片材、薄膜、共混材料等工、农、民用途产品等等。（下接附1）5二、PVC塑料性质及组分（一）性质1.PVC树脂是非结晶型线性高分子聚合物，具有与低分子物明显不同的表征
3、：受热后形态变化为玻动态高弹态粘流态这一形态变化反复进行，而大分子中无本质的变化，所以是热塑性塑料。同时，这种形态变化决定了PVC塑料的成型加工特性。2.PVC是热敏性高聚物，对温升反应敏感，当受热到130时开始分解放出HCL，随着温度升高，放出HCL加剧，分子断链，至完全碳化。3.PVC树脂的熔融温度高于其分解温度，这给成型加工带来困难。为使成型加工顺利进行，必须要抑制其分解，这就是PVC树脂在成型加工中必须加入稳定剂的原因。由于PVC树脂熔融后呈硬脆性之物态；所以在软PVC制品中必须加入增塑剂使其变得柔软。当需要硬PVC制品硬且韧时，则需加入增强剂或称冲击改性剂改善其本身的脆性。综上所述知
4、：PVC塑料是热塑性朔料，是热敏性塑料，是多组分塑料6（一）组分PVC分子本身为硬脆性，但可以制成柔软、半硬或硬而韧的制品，PVC树脂是白色粉末，熔融后为呈一定黄色指数的透明物质，通过配方设计加入不同品种添加剂制成或无色透明或五彩缤纷或洁白如玉的各种制品这完全取决于PVC与不同品种、规格、数量的助剂的配伍，这就是PVC助剂的功能。PVC塑料的助剂按作用分为稳定剂（热稳定剂、光稳定剂）、增塑剂、增强剂、加工改良剂、润滑剂、着色剂、填充剂、阻燃剂、抗静电剂7三TiO2在PVC塑料中的应用 TiO2在PVC塑料中的应用目的是作为白色颜料和光屏蔽剂金红石型TiO2的化学性质极稳定，常温下几乎不与其它元
5、素和化合物作用，也不溶于水、稀酸和弱无机酸，更由于其具有白色颜料中最高的折射率、最大比表面积以及最低的密度，这些性质符合作为PVC塑料白色颜料的基本要求。作为PVC塑料的光屏蔽剂，主要是用于户外制品如用作PVC门窗的硬PVC异型材，建筑用灌水管，管件，广告灯箱用的白色PVC板片等等。8在这些PVC塑料制品中以白色为多数，所用白色颜料均为金红石型TiO2，国外在这些制品比如门窗用异型材中加入810phrTiO2，使TiO2能够有效地抵御紫外线PVC基材的破坏，PVC商品寿命已达40余年且还在继续正常使用，国内门窗塑料为成本价格所限，一般TiO2加入量仅为36份，由于TiO2在PVC塑料中的“浓度
6、”小，不能有效地屏蔽紫外线，使PVC基材的耐候性差，使用寿命大大缩短，更有不自律企业用锐钛型TiO2生产门窗型材，这种型材制成门窗安装？建筑洞口上，即使在北京地区，用不了12年，使用功能就会丧失殆尽。金红石型TiO2在PVC塑料中的应用，除要求TiO2具有良好的光学性质，适中的粒径外，分散性亦是重要的技术指标，当然这些性质？涂料，造纸，纤维等产品对TiO2的总要求却是相适的。对硬PVC塑料用TiO2，以户外用硬PVC门窗异型材所用金红石型TiO2为例，还要考虑TiO2对加工性能，热性能，耐候性等的影响。91.TiO2对PVC塑料加工性能的影响 因为TiO2生产时的工艺条件，包覆物品种用量不同，
7、所以TiO2原生粒子的粒径及其分布亦不尽相同，同时也决定了TiO2的着色力，色相，遮盖力，分散性的差异，更重要的是这种差异还会影响到PVC塑料的成型过程，特别是挤出硬PVC型材的工艺过程，由于TiO2的包覆不同，是不同牌号的Ti在挤出成型时影响到挤出时的主机电流，机头压力等重要工艺参数的变化，进而影响产品的外形尺寸与内在质量。情况如下列所示：10 PVC异型材配方：PVCSG-5100备注有机SN稳定剂硫醇 SN1.0CaSt2工业品0.8增强剂 丙烯酸酯型7.0加工改良剂2011.5滑剂总量 1.6CaCO3轻质8.0TiO2各号金红石型5.0A,B,C 均为进口不同牌号TiO211 挤出工
8、艺参数：挤出工艺参数：以以 A,B,CA,B,C三种不同的物料作为下述三种不同的物料作为下述配方编号配方编号 C1-4 AD D1-5 180-182 178 190螺杆温度100主机转数 R/min主机电流A机 头 压力 M/Pa备注A基本元1的变化11716.153.630.5B基本元1的变化11716.153.931.0C基本元1的变化11816.151.529.512在挤出成型过程中，造成主机电流波动的原因是物料熔融塑化后的粘度的变化及加料量的脉动等；当加料的供料器转动平稳给料均匀时，主机电流的变化基本是物料状态引起的。在配方不变只变换了TiO2的品牌时，主机电流的变化无疑是由于TiO
9、2引起的，这三种进口的TiO2是国外三个厂家生产的，据其产品说明介绍，这三种TiO2均有有机物包覆，但包覆物种类不同，TiO2粒径也不同。在PVC混合料熔融过程中的表现行为不尽相同，所以表现出来的直接后果就是挤出时的主机电源和机头压力的变化。132.TiO2对PVC塑料物理力学性能的影响 对焊接强度的影响85推拉柜柜（三位焊机同一工位焊角测试平均结果）A7541NB7056NC5694N说明：取上述ABC三种TiO2的塑料，分别制成规格一致的焊角各5个，在本厂测试后取其算术平均值如左。14 对对物物理理力力学学性性能能的的影影响响。将将其其中中的的BCBC配配方方之之型型材材送送国国家家化化学
10、学建建材材测测试试中中心心测测试试，结结果果如如下下，（按按GB/T GB/T 8814-19988814-1998测试）测试）测试项目技术指标实测结果BC1.洛氏硬度（R标尺）8598.698.22.拉伸屈服强度MPa37.042.642.13.拉伸断裂伸长率%1001391334.弯曲弹性模量MPa1960241023455.简支梁缺口冲击强度KJ/(232)4065.567.2(-101)1577.583.56.维卡软化点8390.489.6157.氧指数%3845.545.08.低温落锤冲击（10次）破坏1 0/10 0/109.加热后的状态 无气泡，裂痕，麻点 无 无10.加热后尺寸
11、变化率%2.5 -2.0 -2.111.高低温反复尺寸变化率0.2 0.11 0.1012.焊角强度 N 3000 8026 5393 从上表可知：不同的Ti在同一配方体系，同一挤出生产线上挤出成型的硬PVC异型材的物理力学性能的差异。C配方的测试结果除5，比B高，8，9，二者相同外，其余均比B配方测试结果低，特别是焊角强度低2633N。即，C配方焊角强度是B配方的67.2%。这个差距表明：如果用C种Ti生产异型材需对生产配方作较大的调整。164.对初期着色的影响不同生产单位，不同生产工艺的TiO2,在硬pvc型材成塑过程中表现了明显不同的颜色色相。由于一般硬pvc塑料厂不具备TiO2,粒径以
12、及其分布的检测手段，对不同厂家的TiO2,“-”pvc塑料的色相，一般是用pvc塑料的生产的配方在实验室成塑试样去比较祥定（如实验报告-）。根据试样颜色调整配方直至型材颜色符合标准要求。17四.pvc塑料-评价TiO2,的方法1.测试项目热老化性能：不同生产方法生产TiO2,在PVC混合料变成PVC塑料的常温常压的成塑过程中是否不影响其它组成或不被其它组成影响，是否不与其它组分发生化学反应？其初期着色如何？动态老化及静态热过程颜色变化，如热-化不合格，以下的项目均无实验的必要加工性能：TiO2在PVC材料挤出成塑过程中对工艺参数的一向物理力学性能及焊接性确认TiO2,对PVC塑料物理力学性能，
13、焊接性能的影响耐候性：是TiO2关键的特性，须在上述各种性能符合使用条件后，测试此项。如此项不合格，其余项目均合格也不能使用。182.实验：（1）热老化：实验室辊压成型试样作动态热老化和静态热老化。（2）加工性能：选择PVC型材厂在挤出生产线上同一配方作PVC型材挤出成型观察比较不同TiO2对挤出工艺参数的影响，同时取样。（3）物理力学性能及焊接性：按国家标准取样（即上3项）送权威机构测试。焊接性能：在门窗组装厂按国家标准作焊角，然后测试。（4）耐候性：同（3）。3.评价193，对耐候性的影响金红石型TiO2具有化学惰性，不可溶性和热稳定性，但却具有光化学活性，对暴露在大气中的高聚物有催化氧化
14、作用，作用的结果导致高聚物逐渐降解。从表面光泽降低开始，随着颜料一层的暴露逐步发生粉化，在高聚物表面形成“粉积层”，这层“粉积层”由于松散的TiO2和逐渐降解的高聚物组成，如果使用稳定性较差的TiO2颜料时，出现“粉化”的时间会大大缩短，因此对于户外用PVC塑料制品特别是象门窗类建筑构件，务必选用光化学活性低的TiO2颜料，即包覆性好的产品，因为包覆层不仅可以降低TiO2的光化学活性，在将TiO2掺混到PVC配料的体系中，还作为与TiO2粒子和PVC粒子间的隔离层，保护PVC分子免受紫外线的伤害，当然，即便是很稳定下的TiO2颜料也不能无限阻止白色PVC异型材表面的光化学降解，因为颜料不可能永远保护与环境接触的的边界层中的PVC分子，所以异型材行业可以把PVC型材门窗开始暴露到出现粉化的时间作为TiO2颜料稳定性的质量评价。20