Detaillierte Erläuterung der Roh- und Hilfsstoffe für die PVC-Formulierung

Reines Polyvinylchlorid (PVC)-Harz gehört zu einer Klasse hochpolarer Polymere mit hohen intermolekularen Kräften, die zu hohen Erweichungs- und Schmelztemperaturen von PVC führen.Im Allgemeinen dauert die Verarbeitung 160–210 °C.Darüber hinaus können die in PVC-Molekülen enthaltenen substituierten Chlorgruppen leicht zur Dehydrochlorierungsreaktion (HCl) von PVC-Harz führen und dadurch die Abbaureaktion von PVC verursachen.Daher ist PVC gegenüber Hitze äußerst instabil und eine Temperaturerhöhung fördert die HCl-Entfernungsreaktion von PVC erheblich.Reines PVC startet die HCl-Entfernungsreaktion bei 120 °C, was zum PVC-Abbau führt.

Angesichts der Mängel in den oben genannten beiden Aspekten muss PVC bei der Verarbeitung Zusatzstoffe hinzufügen, um verschiedene Produkte herzustellen, die den Bedürfnissen der Menschen entsprechen, wie z. B. weich, hart, transparent, gute elektrische Isolierung, Schäumen usw. Bei der Auswahl der Sorte und Bei der Dosierung von Additiven ist es notwendig, verschiedene Faktoren wie physikalische und chemische Eigenschaften, Fließfähigkeit und Formbarkeit umfassend zu berücksichtigen, um letztendlich eine ideale Rezeptur zu ermitteln.

Darüber hinaus ist es je nach Verwendungszweck und Verarbeitungsmethode auch notwendig, die Art des Harzes auszuwählen.Die Kombination verschiedener Arten von PVC-Harz und verschiedenen Additiven wird allgemein als PVC-Formeldesign bezeichnet.Nachfolgend finden Sie eine detaillierte Erläuterung jedes Rohstoffs in der PVC-Formel als Referenz.

01 Auswahl des Harzes

In der Industrie wird üblicherweise die Viskosität oder der K-Wert verwendet, um das durchschnittliche Molekulargewicht (oder den durchschnittlichen Polymerisationsgrad) darzustellen.Das Molekulargewicht des Harzes hängt von den physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Produkts ab.Je höher das Molekulargewicht, desto höher sind die Zugfestigkeit, die Schlagzähigkeit und der Elastizitätsmodul des Produkts, aber die Fließfähigkeit und Plastizität der Harzschmelze nehmen ab.

Gleichzeitig führen unterschiedliche Syntheseprozesse zu Unterschieden in der Morphologie des Harzes.Am häufigsten wird loses Harz verwendet, das im Suspensionsverfahren hergestellt wird und allgemein als SG-Harz bekannt ist.Seine Struktur ist locker, die Oberflächenform ist unregelmäßig und der Querschnitt ist locker und porös und bildet ein Netzwerk.Daher absorbiert Harz vom Typ SG Weichmacher schnell und weist eine hohe Plastifizierungsgeschwindigkeit auf.Zur Herstellung von Kunstleder sollte Lotionsharz als PVC-Paste verwendet werden.

02 Weichmacher

Der Zusatz von Weichmachern kann die Wechselwirkungskraft zwischen PVC-Molekülketten verringern, was zu einer Verringerung der Glasübergangstemperatur, der Fließtemperatur und des Schmelzpunkts der im PVC-Kunststoff enthaltenen Mikrokristalle führt.Weichmacher können die Plastizität des Harzes verbessern und das Produkt weich und kältebeständig machen.

Der Einfluss von Weichmachern auf die mechanische Festigkeit ist bei einer Dosierung von weniger als 10 Teilen nicht signifikant.Bei der Zugabe von etwa 5 Teilen Weichmacher ist die mechanische Festigkeit tatsächlich am höchsten, es handelt sich um ein sogenanntes umgekehrtes Weichmacherphänomen.Es wird allgemein angenommen, dass das Phänomen der Anti-Plastifizierung der Effekt der Zugabe einer kleinen Menge Weichmacher ist, der die Aktivität großer Molekülketten erhöht und eine molekulare Ordnung zur Bildung von Mikrokristallen bewirkt.Die Schlagfestigkeit harter Produkte mit einer kleinen Menge Weichmacherzusatz ist tatsächlich geringer als die ohne zusätzliche Zeit, aber wenn sie auf eine bestimmte Dosierung erhöht wird, erhöht sich ihre Schlagfestigkeit mit zunehmender Dosierung, was dem universellen Gesetz entspricht.

Darüber hinaus verringert der Zusatz von Weichmachern sowohl die Hitze- als auch die Korrosionsbeständigkeit des Produkts.Mit jedem zusätzlichen Teil Weichmacher sinkt Martins Hitzebeständigkeit um 2-3.Daher enthalten harte Produkte im Allgemeinen keine Weichmacher oder weniger Weichmacher.Manchmal werden einige Weichmacher hinzugefügt, um die Fließfähigkeit der Verarbeitung zu verbessern.Weiche Produkte hingegen erfordern die Zugabe einer großen Menge Weichmacher, und je höher die Weichmacherdosierung, desto weicher wird das Produkt.

Es gibt verschiedene Arten von Weichmachern, darunter Phthalate, geradkettige Ester, Epoxide, Phosphatester usw. Im Hinblick auf ihre umfassende Leistung ist DOP eine gute Sorte, die in verschiedenen PVC-Produktformulierungen verwendet werden kann.Geradkettige Ester wie DOS gehören zu den kältebeständigen Weichmachern und werden häufig in Agrarfolien verwendet.Sie sind mit PVC schlecht verträglich und bestehen im Allgemeinen nicht aus mehr als 8 Teilen.Epoxidweichmacher weisen neben einer guten Kältebeständigkeit auch eine Hitzebeständigkeit und Lichtbeständigkeit auf, insbesondere in Kombination mit Metallseifenstabilisatoren.Die allgemeine Dosierung von Epoxidweichmachern beträgt 3-5 Teile.

Draht- und Kabelprodukte sollten flammhemmend sein und Weichmacher mit relativ guter elektrischer Leistung sollten ausgewählt werden.PVC selbst ist flammhemmend, die meisten weichmacherhaltigen Produkte sind jedoch brennbar.Um Weich-PVC-Produkte schwer entflammbar zu machen, sollten flammhemmende Weichmacher wie Phosphatester und Chlorparaffin zugesetzt werden.Diese beiden Arten von Weichmachern haben auch bessere elektrische Eigenschaften als andere Weichmacher.Mit zunehmender Weichmacherdosierung zeigt die elektrische Gesamtleistung jedoch einen Abwärtstrend.

Für PVC-Produkte, die für ungiftige Zwecke verwendet werden, sollten ungiftige Weichmacher wie Epoxid-Sojaöl verwendet werden.Die Gesamtmenge an Weichmachern sollte je nach den Anforderungen an die Weichheit des Produkts sowie je nach Verwendung, Prozess und Einsatzumgebung variieren.Der allgemeine Walzprozess zur Herstellung von PVC-Folien erfordert eine Gesamtmenge an Weichmacher von etwa 50 Teilen.Blasgeformte Folie ist etwas geringer, normalerweise zwischen 45 und 50 Teilen.

03 Stabilisator

PVC wird bei hohen Temperaturen verarbeitet und setzt leicht HCl frei, wodurch eine instabile Polyenstruktur entsteht.HCl hingegen hat eine selbstkatalytische Wirkung, die PVC weiter abbauen kann.Wenn außerdem Sauerstoff oder Eisen-, Aluminium-, Zink-, Zinn-, Kupfer- und Cadmiumplasma vorhanden sind, katalysieren sie den Abbau von PVC und beschleunigen dessen Alterung.Daher zeigt Kunststoff verschiedene nachteilige Phänomene wie Verfärbung, Verformung, Rissbildung, verminderte mechanische Festigkeit, verminderte elektrische Isolationsleistung und Sprödigkeit.Um diese Probleme zu lösen, müssen der Formel Stabilisatoren zugesetzt werden, insbesondere Hitzestabilisatoren sind unerlässlich.Zu den für PVC verwendeten Stabilisatoren gehören Wärmestabilisatoren, Antioxidantien, UV-Absorber und Chelatbildner.Bei der Rezepturgestaltung werden je nach Anforderungen an Produkteinsatz und Verarbeitungstechnologie unterschiedliche Sorten und Mengen an Stabilisatoren ausgewählt.

(1) Wärmestabilisator

Der Wärmestabilisator muss in der Lage sein, das vom PVC-Harz freigesetzte selbstkatalytische HCl aufzufangen oder mit der vom PVC-Harz erzeugten instabilen Polyenstruktur zu reagieren, um die Zersetzung des PVC-Harzes zu verhindern oder zu reduzieren.

Bleisalzstabilisatoren werden hauptsächlich in harten Produkten eingesetzt.Bleisalzstabilisatoren zeichnen sich durch gute thermische Stabilisatoren, hervorragende elektrische Leistung und niedrige Kosten aus.Es weist jedoch eine hohe Toxizität auf und neigt dazu, Produkte zu verunreinigen, sodass nur undurchsichtige Produkte hergestellt werden können.In den letzten Jahren ist eine große Anzahl von Verbundstabilisatoren auf den Markt gekommen, und Einzelkomponentenstabilisatoren werden tendenziell ersetzt.Die Eigenschaften von Verbundstabilisatoren sind hohe Spezifität, geringe Umweltverschmutzung und einfache Inhaltsstoffe für verarbeitende Unternehmen.Aufgrund des Fehlens einheitlicher Standards gibt es jedoch erhebliche Unterschiede bei den von verschiedenen Unternehmen verwendeten Verbundstabilisatoren.

Barium-Cadmium-Stabilisatoren sind eine Art Wärmestabilisator mit guter Leistung und werden häufig in PVC-Agrarfolien verwendet.Normalerweise handelt es sich um eine Kombination aus Barium, Cadmium, Zink, organischen Phosphiten und Antioxidantien.

Calcium-Zink-Stabilisatoren können als ungiftige Stabilisatoren in Lebensmittelverpackungen, medizinischen Geräten, pharmazeutischen Verpackungen und anderen Bereichen verwendet werden, ihre Stabilität ist jedoch relativ gering.Wenn Kalziumstabilisatoren in großen Mengen verwendet werden, ist ihre Transparenz schlecht und sie neigen zur Frostbildung.Calcium-Zink-Stabilisatoren verwenden im Allgemeinen Polyole und Antioxidantien, um ihre Leistung zu verbessern.

Organische Wärmestabilisatoren auf Zinnbasis haben eine gute Leistung und sind eine gute Wahl für harte und transparente PVC-Produkte.

Epoxidstabilisatoren werden typischerweise als Hilfsstabilisatoren verwendet.In Kombination mit Barium-Cadmium-Kalzium-Zink-Stabilisatoren kann dieser Stabilisatortyp die Licht- und Wärmestabilität verbessern, hat jedoch den Nachteil, dass er zum Ausschwitzen neigt.Weitere Hilfsstabilisatoren sind Polyole und organische Phosphite.

In den letzten Jahren sind auch Seltenerd-Stabilisatoren und Hydrotalcit-Stabilisatoren auf den Markt gekommen.Seltenerdstabilisatoren zeichnen sich vor allem durch eine hervorragende Verarbeitungsleistung aus, während Hydrotalcit ein ungiftiger Stabilisator ist.

(2) Antioxidantien

Bei der Verarbeitung und Verwendung von PVC-Produkten kommt es durch die Einwirkung von Hitze und ultravioletter Strahlung zu einer Oxidation, deren oxidativer Abbau mit der Entstehung freier Radikale verbunden ist.Das wichtigste Antioxidans ist ein Kettenabbrecher oder Fänger freier Radikale.Seine Hauptfunktion besteht darin, freie Radikale zu binden, stabile Verbindungen zu bilden und die Kettenreaktion zu beenden.Das in PVC hauptsächlich verwendete Antioxidans ist im Allgemeinen Bisphenol A. Es gibt auch Hilfsantioxidantien oder Wasserstoffperoxid-Zersetzungsmittel, und PVC-Hilfsantioxidantien sind Triphenylphosphit und Diisooctylphosphit.Durch die Kombination von Haupt- und Hilfsantioxidantien kann eine synergistische Wirkung erzielt werden.

(3) UV-Absorber

Bei PVC-Produkten, die im Freien verwendet werden, werden PVC-Moleküle durch die Einwirkung empfindlicher ultravioletter Strahlung im Wellenlängenbereich angeregt oder ihre chemischen Bindungen werden aufgebrochen, was zu Kettenreaktionen freier Radikale führt, die den Abbau und die Alterung von PVC fördern.Um die Widerstandsfähigkeit gegenüber ultravioletten Strahlen zu verbessern, werden häufig UV-Absorber zugesetzt.Zu den häufig verwendeten UV-Absorbern für PVC gehören Triazin-5, UV-9, UV-326, TBS, BAD und OBS.Die beste Wirkung hat Triazin 5, allerdings ist der Film aufgrund seiner gelben Farbe leicht gelblich.Die Zugabe einer kleinen Menge Phthalocyaninblau kann eine Verbesserung bewirken.

UV-9 wird üblicherweise in PVC-Agrarfolien mit einer allgemeinen Dosierung von 0,2–0,5 Teilen verwendet.TBS, BAD und OBS, die zur Klasse der Salicylsäuren gehören, haben eine milde Wirkung und können in Kombination mit Antioxidantien eine gute Alterungsbeständigkeit erreichen.Bei nicht transparenten Produkten wird die Witterungsbeständigkeit im Allgemeinen durch die Zugabe von opakem Rutil-Titandioxid verbessert.In diesem Fall erfordert die Zugabe von UV-Absorbern eine große Menge und ist nicht sehr wirtschaftlich.

(4) Chelatbildner

Im stabilen System von PVC-Kunststoffen dienen häufig zugesetzte Phosphitester nicht nur als Hilfsantioxidantien, sondern wirken auch als Chelatbildner.Es kann mit schädlichen Metallionen Metallkomplexe bilden, die die Entfernung von HCl aus PVC fördern.Zu den häufig verwendeten Phosphitestern gehören Triphenylphosphit, Diisooctylphosphit und Diphenyloctylphosphit.Bei PVC-Agrarfolien beträgt die allgemeine Dosierung 0,5-1 Teile.Bei alleiniger Anwendung lässt es sich im Frühstadium leicht einfärben und weist eine geringe thermische Stabilität auf.Es wird im Allgemeinen in Kombination mit Metallseife verwendet.

04 Schmierstoffe

Die Funktion von Schmiermitteln besteht darin, die Reibung zwischen Polymeren und Geräten sowie die innere Reibung zwischen Polymermolekülketten zu verringern.Ersteres wird als äußere Schmierung bezeichnet, während letzteres als innere Schmierung bezeichnet wird.Produkte mit äußerer Schmierwirkung wie Silikonöl und Paraffin sowie Produkte mit innerer Schmierwirkung wie Monoglyceride, Stearinalkohole und Ester.Metallseifen haben beides.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass der Begriff „Innen- und Außenschmierung“ lediglich ein gebräuchlicher Begriff ohne klare Grenzen ist.Einige Schmierstoffe wie Stearinsäure spielen unter verschiedenen Bedingungen unterschiedliche Rollen.Sie können bei niedrigen Temperaturen oder in kleinen Mengen für eine innere Schmierung sorgen, ihre äußere Schmierung wird jedoch mit zunehmender Temperatur oder Dosierung immer vorteilhafter.Ein weiteres besonderes Beispiel ist Calciumstearat, das allein als äußeres Gleitmittel verwendet wird, in Kombination mit Hartblei und Paraffin jedoch zu einem inneren Gleitmittel wird, das die Plastifizierung fördert.

Bei Hart-PVC-Kunststoffen kann ein übermäßiger Schmierstoff zu einem Festigkeitsverlust führen und auch den Prozessablauf beeinträchtigen.Bei Injektionsprodukten kann es zu Ablösungen kommen, insbesondere in der Nähe des Angusses.Bei Injektionsprodukten beträgt die Gesamtmenge an Stearinsäure und Paraffin im Allgemeinen 0,5–1 Teile;Extrudierte Produkte enthalten im Allgemeinen nicht mehr als eine Portion.

In der Formel weicher Produkte kann zu viel Schmiermittel zu Frost führen und die Festigkeit, das Hochfrequenzschweißen und die Bedruckbarkeit des Produkts beeinträchtigen, während zu wenig Schmiermittel an den Walzen haften bleibt.Bei blasgeformten Folien bleibt zu wenig Schmiermittel an der Form haften, wodurch der Kunststoff leicht in der Form verkokt.Um das Klebephänomen der Blasfolie zu verbessern, empfiehlt es sich, eine kleine Menge internes Gleitmittel-Monoglycerid hinzuzufügen.Bei der Herstellung von Weich-PVC-Produkten beträgt die Zugabemenge an Gleitmittel in der Regel weniger als 1 Teil.

05 Füller

Durch die Zugabe bestimmter anorganischer Füllstoffe als Zusatzstoffe zu PVC werden die Kosten gesenkt und gleichzeitig bestimmte physikalische und mechanische Eigenschaften (z. B. Härte, thermische Verformungstemperatur, Dimensionsstabilität und Verringerung der Schrumpfung) verbessert sowie die elektrische Isolierung und Flammwidrigkeit erhöht.In den letzten Jahren war die Nanomaterialisierung anorganischer Füllstoffe und ihre Anwendung als Modifikatoren in Kunststoffen ein Forschungsschwerpunkt, und es wurden einige Forschungserfolge erzielt, beispielsweise die Zähigkeit und Verstärkung von PVC mit Nano-Calciumcarbonat.Das wichtige zu lösende Problem besteht darin, Nanoprodukte gleichmäßig in Kunststoffen zu verteilen.

Beim Hartextrusionsverfahren sind die allgemeinen Füllstoffe für PVC-Produkte Calciumcarbonat und Bariumsulfat.Für spritzgegossene Produkte sind eine gute Fließfähigkeit und Zähigkeit erforderlich. Im Allgemeinen werden Titandioxid und Calciumcarbonat empfohlen.Der Füllstoffgehalt harter Produkte innerhalb von 10 Teilen hat kaum Einfluss auf die Leistung der Produkte.

Bei weichen Produkten kann die Zugabe einer geeigneten Menge Füllstoff dazu führen, dass die Folie eine gute Elastizität und eine glatte und trockene Oberfläche erhält, ohne hell zu wirken.Darüber hinaus bietet es Vorteile wie eine hohe Hitzebeständigkeit und eine geringe bleibende Verformung.In weichen Produktformulierungen werden üblicherweise Füllstoffe wie Talkumpuder, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Titandioxid und Ton verwendet.Talkumpuder hat einen relativ geringen Einfluss auf die Transparenz.

Bei der Herstellung dünner Filme kann die Füllstoffmenge bis zu 3 Teile betragen, was sich auf die Leistung auswirkt.Zugabe von Calciumcarbonat hauptsächlich zu gewöhnlichen Kabeln;Die Zugabe von kalziniertem Ton zur Isolierschicht von Kabeln kann die Hitzebeständigkeit und elektrische Isolierung von Kunststoffen verbessern.Darüber hinaus kann Antimontrioxid auch weichen Produkten als Füllstoff zugesetzt werden, um deren Flammwidrigkeit zu verbessern

06 Farbstoffe

Die für PVC-Kunststoffe verwendeten Farbstoffe sind hauptsächlich organische Pigmente und anorganische Pigmente.PVC-Kunststoffe stellen hohe Anforderungen an Pigmente, wie z. B. Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen während der Verarbeitung, Unempfindlichkeit gegenüber HCl, keine Migration während der Verarbeitung und Lichtbeständigkeit.Zu den häufig verwendeten gehören:

(1) Rot umfasst hauptsächlich lösliche Azopigmente, anorganische Cadmiumrotpigmente, Eisenoxidrotpigmente, Phthalocyaninrot usw.;

(2) Gelb umfasst hauptsächlich Chromgelb, Cadmiumgelb und fluoreszierendes Gelb usw.;

(3) Blau umfasst hauptsächlich Phthalocyaninblau

(4) Die grüne Farbe ist hauptsächlich Phthalocyaningrün;

(5) Weiß verwendet hauptsächlich Titandioxidpulver;

(6) Lila ist hauptsächlich plastisches Lila RL;

(7) Schwarz ist hauptsächlich Ruß.

Darüber hinaus werden fluoreszierende Aufheller zum Aufhellen, Gold- und Silberpulver für den Farbdruck verwendet und Perlmuttpulver verleiht Kunststoffen einen perlmuttartigen Astigmatismus.

07 Schaummittel und Flammschutzmittel

Die für PVC verwendeten Schaummittel sind hauptsächlich ADC-Schaummittel, Azodiisobutyronitril und anorganische Schaummittel.Darüber hinaus tragen auch Blei- und Cadmiumsalze zur Schaumbildung bei, wodurch die Zersetzungstemperatur des AC-Schaummittels auf 150–180 °C gesenkt werden kann.Die Menge des Schaummittels wird anhand der Schaumgeschwindigkeit bestimmt.

Aufgrund seines hohen Chlorgehalts ist Hart-PVC-Kunststoff selbst flammhemmend.Durch die Zugabe von Flammschutzmitteln zu PVC-Kabeln, dekorativen Wänden und Kunststoffvorhängen kann deren Flammwidrigkeit erhöht werden.Zu den häufig verwendeten Flammschutzmitteln gehören Chlorparaffin, Antimontrioxid (2–5 Teile) und Phosphatester.Auch Phosphate und chlorierte Weichmacher wirken flammhemmend.

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