高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂的加工特性及下游應(yīng)用

高玉海，曹煥蘋，卓先振

（青島市塑料協(xié)會，山東 青島 266409）

2017年全球PVC產(chǎn)能5 800萬t，中國PVC產(chǎn)能2 393萬t，產(chǎn)量達(dá)到1 790萬t，表觀消費(fèi)量達(dá)到1 730萬t，成為了名副其實(shí)的PVC生產(chǎn)和消費(fèi)大國。然而，中國PVC市場卻是對內(nèi)受到國內(nèi)PP、PE等競品的擠占，對外受到國外高端PVC樹脂的影響，始終不能打入主流國際市場。2017年中國PVC粉料進(jìn)口量為76.62萬t，主要進(jìn)口國家或地區(qū)為美國、日本和臺灣；出口量為102.85萬t，主要出口國家或地區(qū)為東南亞和非洲等新興經(jīng)濟(jì)體國家。

PVC樹脂本身具有熱穩(wěn)定性差的先天缺陷，并且流動性不如PP、PE，在加工過程中往往要加入熱穩(wěn)定劑、潤滑劑等助劑改善其性能。世界范圍內(nèi)PVC熱穩(wěn)定劑年消費(fèi)量超過480 t，主要為有機(jī)錫、鉛鹽類，復(fù)合穩(wěn)定劑和金屬皂類，北美地區(qū)復(fù)合型穩(wěn)定劑占比45%左右，有機(jī)錫占比39%，鉛鹽占比15%左右，西歐主要是鉛鹽類，約占比49%，復(fù)合型穩(wěn)定劑使用約30%，有機(jī)錫使用占比10%左右；中國市場使用硬脂酸鹽類占比35%，鉛鹽類占比40%，有機(jī)錫占比5%[1]。熱穩(wěn)定劑的使用一來增加了成本，二來引入了鉛、錫、鋇、鎘等重金屬元素，使得PVC制品不符合環(huán)保要求，不能進(jìn)入高端應(yīng)用領(lǐng)域。

1 高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂

從樹脂的生產(chǎn)源頭出發(fā)，為提升PVC樹脂熱穩(wěn)定性及綜合性能，改善其下游加工性能，青島阿莫斯資源科技有限公司引進(jìn)和研發(fā)了“氯乙烯原位引發(fā)聚合聚氯乙烯技術(shù)”，即釜內(nèi)生成多組分、高效率引發(fā)劑技術(shù)，而NEWPAK助劑作為該技術(shù)的配套助劑，可以單獨(dú)使用，使原有樹脂性能獲得不同程度的提升。

高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂是通過在聚合階段隨分散劑添加一定比例的NEWPAK助劑獲得的一種以熱穩(wěn)定性為顯著特征的新型PVC樹脂，具體表現(xiàn)為160℃條件下，剛果紅熱穩(wěn)定時間可達(dá)10min以上，同時老化、白度等指標(biāo)較普通空白樹脂有提高。

2 樹脂生產(chǎn)及性能測試

2.1 樹脂生產(chǎn)和基本指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)用樹脂為正常電石法工藝7～105 m3聚合釜生產(chǎn)的SG－5型通用PVC樹脂，聚合前期以VCM單體為基準(zhǔn)添加了對應(yīng)比例的NEWPAK助劑。

空白SG－5型樹脂指標(biāo)與實(shí)驗(yàn)所生產(chǎn)的樹脂指標(biāo)對照表見表1，兩種樹脂在掃描電鏡下的形態(tài)圖見圖1，可以看出相比較空白樹脂，高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂其基本指標(biāo)變化不大，但是靜態(tài)熱穩(wěn)定性指標(biāo)有較大提升。

圖1 樹脂掃描電鏡下形態(tài)

表1 空白SG－5樹脂與高熱穩(wěn)定性SG－5通用樹脂指標(biāo)對照表

2.2 樹脂轉(zhuǎn)矩流變性能測試

樹脂轉(zhuǎn)矩流變測試通過模擬樹脂加工環(huán)境，從而獲得樹脂動態(tài)熱穩(wěn)定性、流動性的直觀數(shù)據(jù)，對下游制品加工有重要的指導(dǎo)意義。實(shí)驗(yàn)配方及設(shè)備參數(shù)見表2，轉(zhuǎn)矩流變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3，樹脂轉(zhuǎn)矩流變圖見圖2。

表2 實(shí)驗(yàn)配方及設(shè)備參數(shù)

表3 轉(zhuǎn)矩流變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖2 樹脂轉(zhuǎn)矩流變圖

從表3和圖2可以看出，高熱穩(wěn)定PVC樹脂塑化時間更長，相比空白樹脂，塑化時間推后了約1 min，而且它的平衡扭矩低，熱分解時間長，這說明高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂的熱穩(wěn)定性能、樹脂流動性較普通空白樹脂要好，更有利于下游加工。

3 下游制品加工實(shí)例

參考轉(zhuǎn)矩流變結(jié)果，實(shí)驗(yàn)人員認(rèn)為高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂在下游加工時可適當(dāng)減少熱穩(wěn)定劑的用量。為驗(yàn)證這一假設(shè)，選取了華南、華北兩地3家PVC制品工廠，在3種產(chǎn)品上進(jìn)行了加工試驗(yàn)。

3.1 硬質(zhì)PVC透明片材加工應(yīng)用

制品廠家主要生產(chǎn)硬質(zhì)透明片材，產(chǎn)品質(zhì)量要求透明度高、晶雜點(diǎn)少，同時對拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率有一定要求。試驗(yàn)人員對配方進(jìn)行了調(diào)整，對熱穩(wěn)定劑甲基錫減量16%。制品產(chǎn)出后，經(jīng)廠方質(zhì)檢部門檢測達(dá)到了合格標(biāo)準(zhǔn)。前后配方進(jìn)行比較，至少可帶來100元/t PVC的收益。硬質(zhì)PVC透明片材制品加工配方（百份PVC計）比較表見表4。

表4 硬質(zhì)PVC透明片材制品加工配方（百份PVC計）比較表

3.2 密封條粒料加工應(yīng)用

制品廠家主要生產(chǎn)箱包密封條粒料，對白度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率有要求，試驗(yàn)人員對配方中鈣鋅穩(wěn)定劑進(jìn)行了調(diào)整，減量18%。生產(chǎn)過程中，塑料加工設(shè)備擠出量有提高，檢測顯示制品各項(xiàng)指標(biāo)滿足質(zhì)量要求，并帶來約140元/t PVC的經(jīng)濟(jì)效益。密封條粒料制品加工配方（百份PVC計）比較表見表5。

表5 密封條粒料制品加工配方（百份PVC計）比較表

3.3 軟質(zhì)透明薄膜加工應(yīng)用

制品廠家主要生產(chǎn)軟質(zhì)透明薄膜，要求產(chǎn)品透明度要好，顏色要求鮮亮，不能有晶點(diǎn)雜質(zhì)。試驗(yàn)人員對配方中鋇鎘鋅穩(wěn)定劑進(jìn)行了調(diào)整，減量26%。產(chǎn)品檢測時發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)品的透明度和白度有了提高，減量熱穩(wěn)定劑帶來了80元/t的經(jīng)濟(jì)效益。軟質(zhì)透明薄膜制品加工配方（百份PVC計）比較表見表6。

表6 軟質(zhì)透明薄膜制品加工配方（百份PVC計）比較表

4 結(jié)語

我們對高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂和普通空白樹脂進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩流變對照測試，測試發(fā)現(xiàn)高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂的熱穩(wěn)定性和流動性要優(yōu)于普通樹脂，因此提出了下游加工可減量熱穩(wěn)定劑的假設(shè)。實(shí)地PVC制品加工試驗(yàn)中，選取了硬質(zhì)透明片材、密封條粒料、軟質(zhì)透明薄膜等3種產(chǎn)品進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)試驗(yàn)，減量16%～30%不等的鈣鋅、甲基錫或是鋇鎘鋅復(fù)合熱穩(wěn)定劑后，高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂仍表現(xiàn)出較好的熱穩(wěn)定性能和良好的加工流動性，同時帶來了80～140元/t不等的經(jīng)濟(jì)收益。

目前中國國內(nèi)市場PVC熱穩(wěn)定劑年產(chǎn)銷量在60萬t，如果下游加工企業(yè)使用高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂，以熱穩(wěn)定劑減量15%計，就可以節(jié)省9萬t的熱穩(wěn)定劑用量。目前市場上，復(fù)合鉛鹽熱穩(wěn)定劑價格約為8 000～8 500元/t，國產(chǎn)鈣鋅穩(wěn)定劑在12 000～15 000 元/t，以 10 000 元/t計，那么每年在熱穩(wěn)定劑上就可以為PVC下游加工企業(yè)節(jié)省9億元成本。

推廣使用高熱穩(wěn)定性通用PVC樹脂，不僅可以為制品企業(yè)節(jié)省成本，而且還可以切實(shí)推進(jìn)PVC塑料環(huán)?；M(jìn)程，推動PVC制品行業(yè)向著環(huán)?；?、安全化的方向發(fā)展，提升中國PVC行業(yè)的市場競爭力。