PVC热稳定剂&其应用技术(吴茂英)

书名：《PVC热稳定剂及其应用技术》
主编：吴茂英
第一章：绪论
PVC是世界五大通用塑料之一，在中国其消费量第一位。

中国经济的发展，特别是城市化和
房地产业的发展，使PVC建筑材料在中国获得极大的发展机遇，其需求量大幅度增长；另外，交
通运输、通信等领域对PVC 树脂的需求也呈高速增长态势。

PVC异型材门窗保温保冷、耐气候性及防腐性好，符合环保要求，比普通钢门窗能耗可节省17%。

建筑耗能占我国总耗能的1/4，建筑保温性能上，耗能占房屋能源浪费50%。

当前日益受关
注的全球防止气候变暖的环境问题下，异型材门窗的应用将有新的潜力。

热稳定剂最基本的性能是热稳定、加工和耐候性能。

随着塑料行业发展，其他性能及助剂的
相伴存在，经优化设计的“一包化”产品是PVC热稳定剂进入成熟阶段的标志性成果。

综合性能
平衡、性价比高、环保性好、使用方便及提高生产效率的定制“一包化”复合稳定剂，预期将在
世界范围内受到普遍欢迎，并成为未来的开发趋势。

第二章：PVC热降解与热稳定剂化学原理
工业生产的PVC热降解主要是由于其分子含有不稳定结构缺陷引起的。

目前，无法从根本
上改进合成方法和工艺避免或减少其缺陷的生成，因此添加“热稳定剂”有效提高PVC热稳定性。

在实际应用中要求热稳定剂具备更全面的性能，任何一种单组分热稳定剂都无法满足。

实际使用
的热稳定剂基于协同作用原理设计开发的复合体系，即所谓复合热稳定剂。

锌基复合热稳定协同作用：协效热稳定剂“中和HCl”，抑制HCl和ZnCl2浓度增长，减弱
了HCl对PVC热降解的催化作用，从而提高PVC长期稳定性；协效热稳定剂中和HCl保护主效稳
定剂，减缓的消耗，进而减慢了PVC的变色速率。

主效稳定剂通过取代不稳定氯抑制PVC热降解
的引发，不但抑制了PVC变色，同时也保护了协效热稳定剂，减缓对其的消耗。

第三章：热稳定剂的应用性及其评价
热稳定剂其他应用性能：加工性能、析出性能、电学性能、透明性能、耐候性能、卫生性能。

第四章：单组分热稳定剂及其应用
固体金属皂
品种化学式应用特性适用范围
硬脂酸钙(RCOO)2Ca 润滑、塑化助剂、长期稳定性佳（钙锌复合）管材、吹塑软管、人
造革、门窗型材等软硬PVC制品透明性差、添加过多有压析现象
硬脂酸锌(RCOO)2 Zn 透明性佳，发泡能力强（其他长期高效稳定剂复合）适应
各种配方和加工方式的水平
“锌烧现象” 长期稳定性差
硬脂酸钡(RCOO)2 Ba 润滑、长期稳定性佳（与铅盐热稳定剂并用）硬质PVC
制品的加工
添加过多有压析现象
硬脂酸镉(RCOO)2 Cd 透明性佳，长期、光稳定性好不要求无毒的软质PVC制品加
工：薄膜、薄片、软管和人造革硫化污染
硬脂酸铅(RCOO)2 Pb 润滑、电绝缘、长期和光稳定性佳广泛应用于PVC挤压及注射制
品，尤其是电线电缆
与PVC和增塑剂相容性不佳
热稳定性能测试
静态
热稳定性能
变色法
在规定的温度条件下
颜色随受热时间的变化
脱氯化氢法
一定温度下样品脱出
氯化氢的速率和量
动态
热稳定性能
转矩流变仪法
熔化峰开始，每隔一定时间
取出样品比较颜色变化
动态初期热稳定性
双辊机塑炼法
规定温度连续塑炼，每隔一定时间
取出样品比较颜色变化及加工性
挤出机多次挤出法
每一次挤出样品颜色或所关注
力学等其他性能
有机热稳定剂
品种应用特性适用范围
β-二酮类化合物有效改进锌基热稳定剂长期热稳定效能SBM被FDA认可为无毒产品，允许用
于接触食品的PVC材料
有些品种在PVC加工中存在发红问题
亚磷酸脂与其他热稳定剂协同效应，提高透明性与锌基、镉基、有机锡等热稳定剂配
合，或作为兼容剂使用
生产储运和使用过程中，避免接触水
多元醇化合物有效提高其他热稳定剂长期热稳定性毒性较低，可用于食品包装材料，配
合其他热稳定剂使用
水溶性强，与PVC及增塑剂相容性差
环氧化合物提高稳定剂长期热稳定性和耐候性毒性较低，与锌基、镉基、有机锡等
热稳定剂配合，或作为兼容剂使用兼具增塑性，不适用于硬质PVC制品
铅盐热稳定剂是应用历史最悠久的PVC热稳定剂。

铅盐中二价铅具有形成配合物的能力，取代不稳定的氯离子。

且形成的氯化铅不会加速PVC的脱氯化氢反应，对PVC的稳定性无显著劣化作用。

这类稳定剂与PVC反应产物不增加导电性，良好的电绝缘性能。

铅盐热稳定剂最大的缺点就是其毒性、易硫化污染，导致铅盐热稳定剂在很多领域应用受限制，最终无法逃脱被无毒环保热稳定剂取
代的命运，但是这个过程必定是漫长的。

在其优异的性价比条件下，继续无尘化、复合化，还应减
小稳定剂粒径，提高分散性，从而提高单体铅盐稳定剂效能，减低用量，减小污染。

近年开发高性能锌基无毒热稳定剂，弱碱性无毒无机化合物作为协效热稳定剂，已研究包括水
滑石、沸石、氢氧化钙、水钙铝石。

其中，水滑石具最优异性能：长期型热稳定剂、高透明性、电
绝缘性优良。

适用于替代传统锌基热稳定剂体系中的碱土金属皂以改进其应用性能。

第五章：复合热稳定剂导论
复合热稳定剂也称“一包化”热稳定剂，由单组分热稳定剂及其他助剂组成，具有平衡的综合
性能和优化的性价比。

21世纪以来，兴起“全效一包化助剂”不仅还有热稳定剂、润滑剂，而且含
有其他小量助剂，并固定了各类助剂的比例，只适用于特定的加工方式和加工条件，加工特定的制品。

复合热稳定剂使用方便，减少出错浪费，从而提高加工生产效率。

第六章：锌基复合热稳定剂及其应用
固体钙-锌复合热稳定剂是国内外公认无毒、环保热稳定剂系，可应用于各种无毒PVC制品的
生产制造，包括食品包装材料、儿童玩具、医用制品等。

固体钙-锌复合热稳定剂的组成除了钙皂、锌皂组分外，还须具有润滑加工性好、不发生硫化
交叉污染等优点，不足之处主要在于其透明性难于与液体稳定剂媲美、不便于自动计量、粉尘污染
等问题。

固体锌基热稳定剂
使用范围基本组成特征综合技术经济性能分析
管材添加比例较大润滑剂，尤其外润滑
剂
添加其他辅助热稳定剂
应用于给水管材一种新型材料，其技术性能有待改
进。

需添加大量的辅助热稳定剂，成本大。

替换铅盐
时工艺调整小，且不会交叉污染。

综合技术经济性能
有优势
型材抑制初期着色稳定剂、内外润滑
剂、耐候性辅助热稳定剂同样钛白粉使用量，钙锌热稳定剂光老化变色比有机
锡小，达到同样耐候性，钙锌热稳定剂配方的钛白粉
少，钙锌热稳定剂是不可多得门窗型材的优良品种，
随着其性价比的提高，人们环保意识增强，钙锌热稳
定剂必将的到长足的发展。

板材添加降低发泡分解温度的金属皂或氧化物户外板材需耐候性辅助稳定剂，光稳定剂
注塑制品抑制初期着色稳定剂、足够的内润滑剂
电线电缆
料添加大量长期热稳定剂、适量润滑
剂
配合大量辅助热稳定剂，成本大。

但分散性好，增加
填料较经济
薄膜根据不同耐光、耐候、透明性要求
添加
广泛适用于不透明、透明性较低的薄膜。

高透明度制
品成本大
人造革
普通人造革添加初期抑制着色和长期稳定性改性助剂，润滑剂，根据耐光、发泡型添加相应助剂受环保进程推动，独具无毒、低味优势的固体钙锌热稳定剂在人造革领域的应用会继续扩大
糊树脂人
造革
糊树脂瑜
伽垫
固体钡-锌复合稳定剂具有热稳定效能好，兼具润滑作用，不发生硫化交叉污染等优点，但透明性一般，属低毒热稳定剂，主要用于薄膜、人造革、包装材料等PVC制品的加工，但不能用于食品包装、玩具和医用制品的生产。

第七章：有机锡热稳定剂及其应用
我国有机锡稳定剂研究起步较晚，但随着有机锡产业不断发展，国内有机锡热稳定剂无论是品种、数量、质量还是档次都有很大幅度的提高。

与国外产品相比，我国有机锡热稳定剂具有产品功能个性化、性价比较高等特点。

总体上，有机锡热稳定剂具有的性能特点：超凡的热稳定效能，卓越的透明性，大多数品种无毒，与PVC极好相容性，硫醇有机锡热稳定剂润滑性差、有异味，价格昂贵。

第八章：铅基复合热稳定剂及其应用
在加热和混炼条件下将有协同效应的各种铅盐稳定剂、辅助热稳定剂与内外润滑剂等充分混合后制成粒状或片状铅盐复合稳定剂产品。

铅盐复合热稳定剂的应用具有优点：
•各种组分在生产过程中可充分混合，大幅度改善与树脂混合分散的均匀性。

•合理的稳定剂选择和搭配，最大限度发挥各组分优势和协效性，提高制品性价比。

•与高效润滑剂搭配，具有较宽的加工范围，加大的适用性。

•配方混合，减少了计量差错，从而减小损失。

•简便了辅料的供应和储备，有利于生产、质量管理。

•无尘生产产品，改善了生产条件。

固体铅基热稳定剂
使用范围基本组成特征应用相关事项
管材以三碱式硫酸铅为主，耐候性要求不高
①高润滑水平的复合稳定剂，稳定剂用量小，配方
经济，适用于高性能穿线管和排水管。

②低润滑复合稳定剂，加工范围广，用量大
铅盐复合稳定剂不能用于上水管材、医
用、食品等PVC制品加工。

不同用途管材
对稳定剂要求不一，应更加细分功能化产
品，以全方位满足不断发展的管材市场要
求
双壁波纹管以三碱式硫酸铅为主体，辅助高效稳定剂和抗氧
剂。

保证优异的稳定性、内外润滑韧性
要求稳定剂优异稳定效能、塑化、流动
性。

工艺条件要求苛刻。

迫于竞争和成本
压力，双壁波纹管增加填料量也应调整稳
定剂配方以满足加工要求
型材以二碱式亚磷酸铅为主成分，耐候性要求高
①高润滑水平的复合稳定剂，摩擦热耗少，用量少
②低润滑复合稳定剂，加工范围广，用量大
型材的物理性能与产品塑化、加工设备密
切联系，近年填料增加要求润滑水平增
加，高速挤出要求润滑剂向高温高效方向
发展。

管件注塑工艺，以三碱式硫酸铅为主，保证优异稳定
性，并要求塑化程度高，内润滑为主
管件加工过程较复杂，配方设计和调试需
多方面分析。

应客户将管件暴露在户外要
求，推出具有一定耐候性产品
板材熔体热稳定性，流动性好，润滑平衡
①层压法加工以氰尿酸铅为主成分，避免分层问题
②挤出法加工以三碱式硫酸铅为主体，保证高塑化
度
满足片材的压延要求及高温高压过程。

板
材多不考虑耐候性，但添加硫酸钙以增加
耐腐蚀性
电线电缆料静态稳定性要求很高，添加大量增塑剂，外润滑剂
①低度绝缘级，以三碱式硫酸铅、二碱式亚磷酸铅
②高度绝缘级，可选二碱式邻苯二甲酸铅为主成分
由于使用场合特殊性，稳定组分用量要足
够，还须尽力避免金属杂质掺杂在稳定剂
中降低其电绝缘性
复合铅稳定剂的发展趋势：
•功能化、专业化、个性化
•低铅化无铅化
•提高铅盐自身性能
第九章：镉基复合热稳定剂及其应用
液体钡-镉（-锌）复合热稳定剂，具有非常好的热稳定效能、透明性和耐候性，被广泛用于各种软质PVC制品的加工，特别是透明制品。

但镉具有很强的毒性，其使用受到很多限制，并逐步被淘汰。

第十章：锑系热稳定剂及其应用
为寻求价格昂贵的有机锡热稳定剂替代品，开发低毒性有机锑稳定剂在低含量使用时，与有机锡对PVC的稳定效果相当。

有机锑价格较低，用量小，性价比高。

但其光稳定性差，需添加抗紫外光吸收剂提高光稳定和储存稳定性。

锑类稳定剂容易与某些含硫的有机锡稳定剂发生交叉硫化污染，加工厂家不能用同一装置生产和使用锑系和含硫有机锡热稳定剂。

1、对不同制品加工，锌基与铅基复合稳定剂效能比较。