高热稳定性通用PVC树脂的加工特性及下游应用

高玉海，曹焕苹，卓先振

（青岛市塑料协会，山东 青岛 266409）

2017年全球PVC产能5 800万t，中国PVC产能2 393万t，产量达到1 790万t，表观消费量达到1 730万t，成为了名副其实的PVC生产和消费大国。然而，中国PVC市场却是对内受到国内PP、PE等竞品的挤占，对外受到国外高端PVC树脂的影响，始终不能打入主流国际市场。2017年中国PVC粉料进口量为76.62万t，主要进口国家或地区为美国、日本和台湾；出口量为102.85万t，主要出口国家或地区为东南亚和非洲等新兴经济体国家。

PVC树脂本身具有热稳定性差的先天缺陷，并且流动性不如PP、PE，在加工过程中往往要加入热稳定剂、润滑剂等助剂改善其性能。世界范围内PVC热稳定剂年消费量超过480 t，主要为有机锡、铅盐类，复合稳定剂和金属皂类，北美地区复合型稳定剂占比45%左右，有机锡占比39%，铅盐占比15%左右，西欧主要是铅盐类，约占比49%，复合型稳定剂使用约30%，有机锡使用占比10%左右；中国市场使用硬脂酸盐类占比35%，铅盐类占比40%，有机锡占比5%[1]。热稳定剂的使用一来增加了成本，二来引入了铅、锡、钡、镉等重金属元素，使得PVC制品不符合环保要求，不能进入高端应用领域。

1 高热稳定性通用PVC树脂

从树脂的生产源头出发，为提升PVC树脂热稳定性及综合性能，改善其下游加工性能，青岛阿莫斯资源科技有限公司引进和研发了“氯乙烯原位引发聚合聚氯乙烯技术”，即釜内生成多组分、高效率引发剂技术，而NEWPAK助剂作为该技术的配套助剂，可以单独使用，使原有树脂性能获得不同程度的提升。

高热稳定性通用PVC树脂是通过在聚合阶段随分散剂添加一定比例的NEWPAK助剂获得的一种以热稳定性为显著特征的新型PVC树脂，具体表现为160℃条件下，刚果红热稳定时间可达10min以上，同时老化、白度等指标较普通空白树脂有提高。

2 树脂生产及性能测试

2.1 树脂生产和基本指标

实验用树脂为正常电石法工艺7～105 m3聚合釜生产的SG－5型通用PVC树脂，聚合前期以VCM单体为基准添加了对应比例的NEWPAK助剂。

空白SG－5型树脂指标与实验所生产的树脂指标对照表见表1，两种树脂在扫描电镜下的形态图见图1，可以看出相比较空白树脂，高热稳定性通用PVC树脂其基本指标变化不大，但是静态热稳定性指标有较大提升。

图1 树脂扫描电镜下形态

表1 空白SG－5树脂与高热稳定性SG－5通用树脂指标对照表

2.2 树脂转矩流变性能测试

树脂转矩流变测试通过模拟树脂加工环境，从而获得树脂动态热稳定性、流动性的直观数据，对下游制品加工有重要的指导意义。实验配方及设备参数见表2，转矩流变实验数据见表3，树脂转矩流变图见图2。

表2 实验配方及设备参数

表3 转矩流变实验数据表

图2 树脂转矩流变图

从表3和图2可以看出，高热稳定PVC树脂塑化时间更长，相比空白树脂，塑化时间推后了约1 min，而且它的平衡扭矩低，热分解时间长，这说明高热稳定性通用PVC树脂的热稳定性能、树脂流动性较普通空白树脂要好，更有利于下游加工。

3 下游制品加工实例

参考转矩流变结果，实验人员认为高热稳定性通用PVC树脂在下游加工时可适当减少热稳定剂的用量。为验证这一假设，选取了华南、华北两地3家PVC制品工厂，在3种产品上进行了加工试验。

3.1 硬质PVC透明片材加工应用

制品厂家主要生产硬质透明片材，产品质量要求透明度高、晶杂点少，同时对拉伸强度和断裂伸长率有一定要求。试验人员对配方进行了调整，对热稳定剂甲基锡减量16%。制品产出后，经厂方质检部门检测达到了合格标准。前后配方进行比较，至少可带来100元/t PVC的收益。硬质PVC透明片材制品加工配方（百份PVC计）比较表见表4。

表4 硬质PVC透明片材制品加工配方（百份PVC计）比较表

3.2 密封条粒料加工应用

制品厂家主要生产箱包密封条粒料，对白度、拉伸强度、断裂伸长率有要求，试验人员对配方中钙锌稳定剂进行了调整，减量18%。生产过程中，塑料加工设备挤出量有提高，检测显示制品各项指标满足质量要求，并带来约140元/t PVC的经济效益。密封条粒料制品加工配方（百份PVC计）比较表见表5。

表5 密封条粒料制品加工配方（百份PVC计）比较表

3.3 软质透明薄膜加工应用

制品厂家主要生产软质透明薄膜，要求产品透明度要好，颜色要求鲜亮，不能有晶点杂质。试验人员对配方中钡镉锌稳定剂进行了调整，减量26%。产品检测时发现，产品的透明度和白度有了提高，减量热稳定剂带来了80元/t的经济效益。软质透明薄膜制品加工配方（百份PVC计）比较表见表6。

表6 软质透明薄膜制品加工配方（百份PVC计）比较表

4 结语

我们对高热稳定性通用PVC树脂和普通空白树脂进行了转矩流变对照测试，测试发现高热稳定性通用PVC树脂的热稳定性和流动性要优于普通树脂，因此提出了下游加工可减量热稳定剂的假设。实地PVC制品加工试验中，选取了硬质透明片材、密封条粒料、软质透明薄膜等3种产品进行连续生产试验，减量16%～30%不等的钙锌、甲基锡或是钡镉锌复合热稳定剂后，高热稳定性通用PVC树脂仍表现出较好的热稳定性能和良好的加工流动性，同时带来了80～140元/t不等的经济收益。

目前中国国内市场PVC热稳定剂年产销量在60万t，如果下游加工企业使用高热稳定性通用PVC树脂，以热稳定剂减量15%计，就可以节省9万t的热稳定剂用量。目前市场上，复合铅盐热稳定剂价格约为8 000～8 500元/t，国产钙锌稳定剂在12 000～15 000 元/t，以 10 000 元/t计，那么每年在热稳定剂上就可以为PVC下游加工企业节省9亿元成本。

推广使用高热稳定性通用PVC树脂，不仅可以为制品企业节省成本，而且还可以切实推进PVC塑料环保化进程，推动PVC制品行业向着环保化、安全化的方向发展，提升中国PVC行业的市场竞争力。