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塑料异型材表面变色原因分析 |
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作者：新疆天业集团化工公司乙炔车间 成丽霞 来源：雅式工业专网 |
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在PVC-U异型材的生产和使用过程中，有时会遇到型材表面变色的问题，这个问题如不及时分析判定其原因并加以解决，往往会影响生产和产品质量。本文结合笔者多年从事PVC-U异型材加工和配方工艺的体会，综合分析PVC-U异型材表面变色的原因。
在表面质量正常的情况下，PVC-U异型材一般为白色，表面光滑平整。按GB8814-88要求，型材“不应有影响使用的伤痕、凸凹、裂纹、杂质等缺陷”，“型材色泽应均匀一致”。如果采用白度计测量，正常生产的PVC-U异型材的白度为80左右。
型材白度分析
表1和表2是我们在一家PVC-U异型材生产企业进行两组试验生产的型材的白度比较。表1 型材白度与配方, 设备模具工艺对比
 表2 型材白度与配方, PVC生产对比
 从两组试验可以看出，型材的白度受原辅材料、配方、设备、模具、工艺等多种因素的影响。在其他因素相同的情况下，由於PVC生产厂家不同，生产的型材白度也不同（相差1.0）；由於稳定体系不一样，采用SR-“1+ 2”为稳定体系生产的型材，比采用铅系为稳定体系生产的型材要白一些，白度提高1.0-1.5；运用不同设备、模具、工艺，加工不同型材时，型材表面白度也有差别（白度相差0.4-0.9）。所以，要生产白度完全相同的型材比较困难。只能采取各种措施尽量减小型材表面白度的差别，做到用肉眼判断“无明显色差”。
高质量的型材生产是综合考虑多种因素的结果
型材表面变色的原因分析
由於多方面原因，型材表面有色差实属正常现象。但是，如果型材表面变色，就属於不正常的情况了。
型材表面变色的原因是什麽呢？简而言之，型材表面变色的原因是由於主要组分PVC树脂在热和光的作用下，发生了热降解和光降解，造成型材表面变色。型材表面变色大致有两种情况：一是新配方试验时型材表面变色或正常生产时型材偶尔变色；二是正常生产时型材不变色，而在使用中发生表面变色。型材表面变色的情况不同，原因也不一样。
原因一：配方设计不合理
PVC树脂的光、热稳定性差，纯树脂加热到100℃就开始分解，超过130℃时分解更为迅速。PVC受阳光中的紫外线和空气中的氧的影响会发生光氧化分解。PVC树脂受热和光的作用分解後均造成树脂变色，颜色变化的顺序为：白色-粉红色-浅黄色-红色-褐色-黑色。
为防止PVC树脂在加工过程中分解，在配方中就必须加入热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂和润滑剂等十多种加工助剂。在新配方试验时，如果型材表面变色，其原因主要是配方设计不合理，主要可能是：（1）热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂的用量不足；（2）复合热稳定剂各组分的选择和配比不当；（3）内、外润滑剂各组分的选择和配比不当。
原因二：配料和原材料问题
对於己经过科学鉴定和较长时间生产考验的“老配方”，如果生产时型材偶尔变色，就可以排除“配方设计不合理”的因素。如果排除仪表失灵造成工艺变化的特殊情况，其原因是体系的热稳定性较差，主要应从配料和原材料两个方面找原因。
在配料方面，由於要将PVC树脂和其他十多种不同的加工助剂按照不同比例配合在一起，所以配料工作不仅繁杂，且工作量很大，有时难免出现错配、误配等情况。如果工人在配料时忘记或少加了热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂和内外润滑剂等成份，就会偶尔出现型材表面变色的问题。
在原材料方面由於频繁地更换原材料生产厂家和型号、批号，也会出现型材表面变色问题。在原材料中，对型材表面变色的影响最大的组分主要是：PVC树脂、CPE和热稳定剂。
PVC树脂的热稳定性是造成型材表面变色最重要的原因。PVC树脂的分子量大小及其分子量分布决定了它的热稳定性能。在同样的条件下，PVC树脂的分子量愈大，其分子量分布愈小时，树脂的热稳定性愈好。也就是说，不同型号的PVC树脂的热稳定性能不一样，相对而言应当是SG4> SG5>SG6。如果按照SG5型PVC的加工工艺条件，用来加工SG6型PVC树脂，生产的型材就有可能表面变色。另外，由於PVC树脂生产企业采用的原材料、工艺路线、生产规模的不同，不同厂家生产的PVC树脂的分子量分布就不一样；同一厂家、不同批号的PVC树脂由於工艺条件不尽相同，其分子量分布也会有一定区别。分子量分布宽的PVC树脂中存在一定数量的偏低分子量组分，就会显着地降低聚合物的热稳定性，造成加工出的型材表面变色。所以，在采用老配方生产时型材偶尔变色，在原材料方面首先要检查PVC树脂的生产厂家和批号是否有改变，测定并相对比较不同厂家和批号PVC树脂的热稳定性。
原因三：CPE质量
CPE的质量也是影响型材表面变色的重要原因。CPE是由高密度聚乙烯（HDPE）在盐酸水溶液中悬浮氯化而制得，其中氯含量36-38%的CPE，其结晶度和玻璃化温度均较低，具有良好的弹性及与PVC的相容性，广泛用作PVC-U异型材的抗冲击改性剂。近年来各地新上马的生产CPE的中小企业较多，有的企业由於各方面的原因，生产的CPE中氯含量偏高或偏低，产品质量不稳定，含有较多的Cl2、HCl等低分子物，在PVC-U异型材加工时容易加速PVC树脂的热分解，引起型材表面变色。
原因四：热稳定剂质量与用量
热稳定剂的质量和用量也是引起型材表面变色的重要原因。目前在PVC-U异型材加工中应用的热稳定剂有两种：铅系、有机物和稀土有机物稳定体系。要比较热稳定剂的质量，除对生产应用实际比较以外，主要是检测其有效成份的含量。
铅系稳定体系有复合铅和单组分铅盐自行配合两种。选择不同的铅盐种类和配比是非常重要的，它不仅影响其热稳定效果，还会影响型材的表面色泽，这就是有的型材表面色泽始终泛红的原因所在。
北京市华通发技术开发公司生产的复合加工助剂SR-“1+2”采用了稀土多功能热稳定剂，同时考虑了抗氧剂、紫外线吸收剂等多种组分的各自作用和相互影响，达到了提高热稳定性和光稳定性的综合效果。
对於热稳定性不好的PVC-U体系，适当增加热稳定剂的用量，可以起到消除型材表面变色的作用。
原因五：钛白粉质量
钛白粉学名二氧化钛，有金红石型和锐钛型两种晶型。金红石型钛白粉质地较软，耐候性和耐热性较好，屏蔽紫外线的作用强，不易变黄，而且耐水性也较好，特别适用於户外使用的塑料制品。锐钛型钛白粉的耐热性和耐光性较差，有促进聚氯乙烯光老化的作用，主要适用於室内使用的制品，金红石型钛白粉（TiO2）是白色PVC-U异型材最理想的着色剂，同时兼有屏蔽和散射紫外线的作用，可以提高型材的耐候性和耐热性。应当注意的是，另外一种锐钛矿型TiO2就不具备金红石型TiO2的上述特点，耐光性和耐晒性极差，如用在塑料门窗型材中易使窗框变色老化。因此，遇到型材在使用中变色的问题时，首先要检查钛白粉的型号是否用错，是否购入了假冒伪劣TiO2。
在中国一般气候下，在PVC-U窗框异型材中加入金红石型TiO2的用量为4-6份（PVC100份时）。在稀土有机物稳定体系的型材中应用金红石型TiO2可以提高型材的光稳定性和耐候性。在有机锡稳定体系的型材中应用金红石型TiO2，由於有机锡耐光稳定性和耐候性较差，TiO2用量应为12-15份（PVC100份）。
PVC-U热稳定性、混料及其它分析
PVC-U热稳定性
PVC树脂不仅热稳定性差，光稳定性也差，在紫外线和氧的作用下，PVC树脂会产生光氧化作用，分解脱HCl导致老化，造成型材表面变色。因此，在PVC树脂加工过程中，要添加足够光热稳定剂来消除型材表面变色。在正常生产时型材不变色，在使用中出现型材表面变色的问题，反映体系热稳定性尚可，光稳定性较差，因此要从光稳定性方面去找原因。
要分析不同PVC树脂的光稳定性，比较不同厂家和同一厂家不同批号的PVC树脂的光稳定性是必要的措施。
混料工艺
混料是PVC型材生产的头道工序，也是关键工序，一般将PVC树脂、稳定剂、改性剂、润滑剂、钛白粉等通过高速混合机进行混合，以达到颜料及组分分散均匀的目的。
库存与包装运输
要严格按照GB8814要求包装、贮存和运输PVC-U异型材。GB8814规定：“型材应该用牛皮纸或塑料薄膜等包好并捆扎紧，不能使型材外露”，“型材应贮存在地面平整、温度低於40℃的仓库内”，型材在“包装、贮存和运输过程中，不准使产品受到强光照射、日晒”等。
其他
PVC型材变色是多种因素共同作用的结果。除了以上讨论的内外影响因素及助剂以外，还应考虑到生产工艺和设备模具中引起型材变色的因素。主要是使PVC在热加工、机械剪切等条件下，尽量减小热氧降解，保证在光、氧、气候老化条件下使型材具有更好的稳定性。这其中包括混料、挤出、塑化、定型、冷却等各种工艺对热氧降解的控制。
改进措施
（1）调整配方，采用科学、先进的配方体系和无毒、高效的热稳定体系，提高配方耐热、光、氧的综合稳定能力；（2）建立原材料化验室，提高对型材表面变色原因的分析能力和快速判断能力；（3）建立质量可靠的稳定的原材料供应渠道，切实保证原材料质量；（4）适当加大热稳定剂、光稳定剂和抗氧剂的用量，及时处理由於原材料变化造成的型材表面变色问题；（5）包装、贮存和运输PVC-U异型材时，应严格按照GB8814要求执行。
PVC-U型材的变色现象是内外多种因素共同作用的结果。其中外部条件包括紫外线照射，一定温度、湿度及氧条件，空气污染（尘埃硫、酸雨等）。乾热气候条件对PVC-U降解变色具有加速作用。内部因素则是PVC树脂在光、氧条件下分子本身降解脱HCl变色。所以，控制PVC树脂的质量，特别是控制PVC树脂的降解及多烯结构的形成，是解决型材变色的首要问题。此外，PVC型材生产配方中的各种助剂，包括稳定剂、抗氧体系、钛白粉、颜料和填料，由於各自品质的不同也存在着变色的因素。通过对配方中稳定体系的优化，同时配合必要的耐候规格金红石钛白粉，控制配方中树脂和各种助剂的质量及其自身可能的变色因素，是减少型材变色现象的必要条件。(end)
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(10/20/2010) |
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