Факторы, влияющие на световую стабильность ПВХ и решения

Поливинилхлорид широко используется в промышленности и жизни благодаря своим уникальным свойствам, низкой плотности, легкости модификации и хорошей обрабатываемости. Большинство из них используются на улице, такие как оконные рамы, дверные рамы, жалюзи, стеновые панели, трубы и т. д. Под воздействием различных экологических факторов, таких как солнечный свет, тепло, кислород, озон, вода и т. д. на улице, продукты ПВХ будут подвергаться серьезному разрушению, пожелтению, затвердению и хрупкости, а также снижению механических свойств. Постепенно они будут ухудшаться и в конечном итоге потеряют свою ценность. Поэтому мы можем предложить решение проблемы плохой световой стабильности ПВХ, изучая факторы, влияющие на деградацию ПВХ.

Факторы, влияющие на фотодеградацию ПВХ

Во-первых, регулярность структуры ПВХ

Цвет смолы ПВХ изменился после облучения ультрафиолетовым светом, что указывает на то, что часть внутримолекулярной реакции de-HCl произошла на главной цепи макромолекулы, и на главной цепи макромолекулы образовалось небольшое количество сопряженных двойных связей, что привело к изменению цвета смолы.

Влияние добавок

Во время обработки стабильность материала улучшается за счет добавления серии добавок, таких как термостабилизаторы, антиоксиданты, пластификаторы и смазочные материалы. Однако существуют проблемы, такие как плохая совместимость с материалами, температура разложения ниже температуры обработки материала и низкая молекулярная масса и т. д., что снижает механические свойства продуктов и вызывает обесцвечивание из-за утечки и вымывания добавок во время использования.

1. Пластификатор

После того как пластификатор поглотит ультрафиолетовый свет с длиной волны более 290 нм, он генерирует свободные радикалы и воздействует на цепь ПВХ, увеличивая скорость извлечения HCl, что ускоряет процесс фотодеградации ПВХ и вызывает обесцвечивание материала. Обесцвечивание произойдет.

2. Растворитель

Циклогексанон и тетрагидрофуран (ТГФ) обычно используются в качестве растворителей для ПВХ, и ТГФ реагирует с O2, легко образуя комплексы, которые генерируют свободные радикалы под ультрафиолетовым светом, чтобы инициировать фотодеградацию ПВХ. Поскольку ТГФ обычно используется в подготовке пленок ПВХ, он будет ускорять фотодеградацию пленок ПВХ.

3. Тепловой стабилизатор

Термическая стабильность ПВХ плохая, и тепловой стабилизатор должен быть добавлен в переработанные продукты ПВХ для повышения термической стабильности. С помощью масс-анализа, инфракрасной спектроскопии и УФ-Вид спектрофотометра (длина волны более 300 нм, температура 40°C, 55°C, 70°C) изучали фотокислительное поведение пленки ПВХ толщиной 80 мкм, содержащей тепловой стабилизатор кальция стеарата и стеарата цинка. Было обнаружено, что начальный тепловой стабилизатор постепенно исчезает, поскольку HCl реагирует с тепловым стабилизатором. Когда тепловой стабилизатор полностью исчез, одновременно произошло снижение веса, что указывает на то, что интенсивность удаления HCl больше, чем окисление. Установлено при УФ-облучении, что термическая стабилизация органотина была лучше, что и объясняет, почему хлорид органотина не вызывает дальнейшей деградации.

Влияние модификации полимера

Некоторые хорошие свойства можно получить путем смешивания ПВХ с другими полимерами, но смешивание будет влиять на поведение ультрафиолетовой деградации ПВХ. Сополимер метилметакрилата-бутадиен-стирола (МБС), полиэтиленоксид (ПЭО) и древесные опилки способствуют фотодеградации ПВХ, в то время как поливинилацетат (ПВАЦ) и поливиниловый спирт (ПВС) замедляют фотодеградацию ПВХ. Добавление МБС в ПВХ может значительно улучшить ударопрочность ПВХ, но добавление МБС ускорит фотодеградацию ПВХ.

Четвертое, влияние добавления карбоната кальция

Основная цель добавленияCaCO3Формула продуктов ПВХ заключается в заполнении добавки, снижении затрат, улучшении твердости и температуры термостабильности продукта, а также в снижении коэффициента усадки при формовании продукта, но размер частиц и распределение размера частиц CaCO3, а также совместимость с матрицей имеют ограничения. В случае большого количества он неизбежно вызовет агломерацию в матрице, снизит прочность материала и повлияет на блеск и цвет продукта. Некоторые данные указывают на то, что после органической обработки поверхности CaCO3 его гигроскопичность заметно снижается, но если ПВХ разлагается и HCl удаляется, CaCO3 диспергируется в слое фотокислительного разложения продукта ПВХ, образуя потенциальный участок для водопоглощения, что легко приводит к обесцвечиванию продукта, а CaCO3 и продукты ПВХ стареют. Явление измельчения в процессе тесно связано. Продукты с высоким содержанием добавки CaCO3 склонны к явлению измельчения. Явление измельчения является результатом изменения морфологии поверхности, вызванного разрывом цепи или сшивкой в процессе старения и разложения ПВХ.

Общие методы решения проблемы плохой светостойкости ПВХ

1. Минимизировать разложение смолы ПВХ и образование полиеновой структуры во время полимеризации смолы ПВХ

1. Удалить кислород из системы полимеризации и деионизированную воду

2. Температура полимеризации не должна быть слишком высокой

3. Контролировать соответствующий бюро и коэффициент превращения, а также сократить период разрежения при полимеризации

4. Строго контролировать содержание хлора в воде

5. Чистота сырья и выбор системы дисперсанта и инициатора

2. Оптимизировать проектирование производственной формулы продуктов ПВХ

1. Термостабилизатор

Затрудненные аминовые светостабилизаторы (HALS) — это класс производных пиперидина, которые не поглощают или редко поглощают ультрафиолетовый свет и обладают определенным стерическим затруднением. Однако, поскольку затрудненные аминовые светостабилизаторы являются щелочными, они более чувствительны к кислым веществам [5], и HCl образуется как при фотодеградации, так и при термической деградации ПВХ. HCl может реагировать с HALS, тем самым затрудняя образование нитроксидных радикалов. «Отравление» HALS. Можно выбрать слабо основные затрудненные аминовые светостабилизаторы, такие как производные пиперидина или производные антраценона, так как они имеют различные функциональные группы, могут использоваться в качестве ловушек для свободных радикалов, и такие производные легко готовить и почти не токсичны.

2. Антиоксиданты

В процессе обработки и использования изделий из ПВХ они будут окисляться под действием тепла и ультрафиолетовых лучей, а окислительное разрушение связано с образованием свободных радикалов. Основная роль антиоксидантов заключается в том, чтобы быть терминаторами цепных разрывов или ловушками для свободных радикалов. Их основная функция заключается в связывании свободных радикалов для формирования стабильных соединений, чтобы остановить цепные реакции. Обычно антиоксиданты рекомендуются в виде многокомпонентных формул для защиты от ультрафиолетового разрушения. Основные антиоксиданты ПВХ обычно являются бисфенолом А и вспомогательными антиоксидантами или разложителями перекиси водорода. Вспомогательные антиоксиданты ПВХ — это трифенилфосфит и дифенил изооктиловый эфир, а комбинация основных и вспомогательных антиоксидантов может оказывать синергетический эффект.

3. Ультрафиолетовый абсорбер

Роль ультрафиолетовых абсорберов заключается в предотвращении деградации и сшивки полимеров, вызванной ультрафиолетовыми лучами солнечного света и различных искусственных источников света. Ультрафиолетовый абсорбер может поглощать ультрафиолетовые лучи с длиной волны 240-340 нм и обладает такими характеристиками, как светлый цвет, нетоксичность, хорошая совместимость, небольшая миграция, легкость в обработке и т. д., и оказывает хороший защитный эффект на смолу ПВХ.

Согласно химической структуре, УФ-абсорберы можно разделить на о-гидроксибензофеноны, о-гидроксибензотиазолы, гидроксибензотиазины, фенилсалицилат и т. д. Фенилсалицилат является самым ранним УФ-стабилизатором, и он до сих пор используется из-за своей низкой цены. Большинство из них желтеют под УФ-излучением, что ограничивает их использование в бесцветных или прозрачных изделиях. Соединения о-гидроксибензофенона и о-гидроксибензотиазола являются типичными УФ-абсорберами и добавляются в изделия из ПВХ, чтобы эти изделия могли долго использоваться на солнце. Их основная функция заключается в предотвращении обесцвечивания изделий из ПВХ, а также в предотвращении их хрупкости и появления трещин на поверхности.

4. Хелатирующий агент

Хелатирующие агенты часто добавляются в систему полимеризации ПВХ или в формуляционную систему для улучшения термической стабильности смолы. Принцип заключается в том, что хелатирующая система может образовывать стабильные металлические комплексы с вредными металлическими ионами, которые легко вызывают высвобождение HCl в молекулярной цепи ПВХ.

5. УФ-экранный агент

Светоотражающий агент - это класс веществ, которые могут поглощать или отражать ультрафиолетовый свет, и его основная функция заключается в физическом барьере. Он может образовывать барьер между источником света и полимером, предотвращая попадание ультрафиолетового света внутрь полимера. Такие продукты дешевы и имеют множество разновидностей, таких как диоксид титана и сажа.

Сажа является наиболее эффективным агентом для защиты от света, он поглощает все ультрафиолетовые и видимые радиационные лучи и может преобразовывать световую энергию в менее разрушительную тепловую энергию, а также имеет внутренний фильтр, ловец свободных радикалов и агент для расщепления полимерных синглетных и триплетных состояний, он выполняет функцию поглощения ультрафиолетового света через горизонтальную передачу энергии в своей полинуклеарной ароматической структуре. В зависимости от процесса производства углеродный черный можно разделить на три типа: канал черный углерод, печной черный углерод и термический черный углерод. Эффективность стабилизации света углеродного черного зависит от его типа, размера частиц и дисперсии в полимере.

Диоксид титанав основном имеет две различные кристаллические формы: тип анатаза и тип рутил, которые смешиваются с полимерами и показывают значительно разные фотокаталитические активности. Анатазный диоксид титана фотокаталитически активен и может катализировать фотодеградацию полимеров. Под действием света и озона он может постепенно образовывать титановую кислоту, что делает поверхность продукта желтой и мелкой. Рутиловый диоксид титана является широко используемым UV-защитным агентом для ПВХ. Он не имеет фотокаталитической активности, но может защищать от UV-света и отражать инфракрасный свет, и не склонен к желтению. Средняя доза диоксида титана составляет обычно 3%~5%.

Наибольшим недостатком светозащитного агента является окрашивание продукта, что напрямую ограничивает его применение в прозрачных продуктах, и в разработке сортов наблюдается небольшой общий прогресс. Новые сорта в основном представляют собой ультратонкие частицы и поверхностно обработанные легко дисперсируемые неорганические вещества, такие как ультратонкий диоксид титана и микронезированный оксид цинка. Первые имеют неактивные, немигрирующие, низкие рассеяния видимого света и высокие рассеяния ультрафиолетового света, что наделяет пластик поглощением ультрафиолетового света, сохраняя при этом прозрачность пластика. Последний лучше, чем ультратонкий диоксид титана, по прозрачности и эффективности поглощения ультрафиолетового света.

в заключение:

(1) Обесцвечивание ПВХ-продуктов вызвано совокупным воздействием внешней среды и факторов самого ПВХ, а именно: внешним ультрафиолетовым излучением, температурой окружающей среды, влажностью, условиями, содержащими кислород, и загрязнением окружающей среды и т. д. Факторы самого ПВХ заключаются в выделении HCl в процессе разложения.

(2) Основной причиной обесцвечивания ПВХ-продуктов является существование полиеновой структуры в его молекулярной цепи и выделение HCl в процессе разложения. Поэтому самым фундаментальным способом решения проблемы плохой светостойкости смолы ПВХ является контроль ее качества и снижение выделения HCl и полиеновой структуры.

(3) Качество различных добавок в производственной формуле ПВХ-продуктов также является фактором, влияющим на обесцвечивание ПВХ-продуктов. Формулу можно оптимизировать, чтобы обеспечить качество смолы и различных добавок и уменьшить вероятность обесцвечивания продуктов.