PVC—U管生产中润滑剂单甘酯的应用

　　PVC—U管生产中润滑剂单甘酯的应用
　　
　　（单甘酯样品备索，已通过欧盟ROHS标准）
　　
　　摘要：分析了PVC-U管生产中润滑剂的存在方式及其作用机理，通过试验证实了润滑剂对物料塑化的影响，并指出使用润滑剂遵循的原则。
　　
　　关键词：PVC-U管；润滑剂；应用；塑化
　　
　　PVC-U管生产中，为了提高物料与设备接触面及物料之间的润滑性，使聚氯乙烯易于加工，提高加工速度和制品表面光洁度，配料时通常都加入1～5份的润滑剂。实际生产中发现，润滑剂对物料的塑化甚至管件的耐液压等力学性能起着至关重要的作用。
　　
　　1PVC—U管配料中润滑剂的种类根据与聚氯乙烯的相容性，PVC—U管生产中的润滑剂分为两类。一类与聚氯乙烯有一定的相容性，其作用是降低各组份的内摩擦，增强物料的流动性，这一类为内润滑剂。如硬脂酸、甘油单硬脂酸酯和硬酯酸*酯等。另一类是与聚氯乙烯相容性较差，在加工过程中会析出至物料与设备接触的表面上，从而降低接触面上的黏附作用和摩擦力，即外润滑剂如石蜡、聚乙烯蜡、矿物油和硅油等。实际生产中两类润滑剂只是相对而言，并无严格划分标准。在不同加工温度下，内、外润滑剂的作用会发生变化，有时常兼具内外润滑两种作用。
　　
　　2PVC-U管配料中润滑剂的存在方式1)作为PVC-U管配料中的组份，为保持内外润滑性的平衡，通常均加入一定量的内润滑剂和外润滑剂。2)大多数稳定剂都有一定程度的润滑性，PVC-U管材生产所使用的稳定剂zui初采用三盐、二盐、硬铅、硬钡，近年已向复合多功能方面发展，普遍采用复合稳定剂。2．1金属皂类稳定剂内润滑性好如硬脂酸钙，硬脂酸钡等本身就具有润滑作用。2．2各种复合稳定润滑剂应运而生，将铅盐、稀土及润滑剂结为一体；
　　
　　3润滑剂的作用机理PVC—U在加工过程中，它的粒子结构将发生重要变化。在较低的加工温度下，由于热和剪切力的作用，颗粒崩解成初级粒子，随着温度的升高，初级粒子会部分粉碎。当加工温度更高时，初级粒子可全部粉碎，晶体熔化，边界消失，形成二维网络，这一过程称为熔融或凝胶化，一般称为塑化[1]。与橡胶不同的是PVC塑化后其分子结构不变，也不形成交联结构，但在制品中形成了贯穿的结晶网络。在室温下，溶剂不能渗人结晶网的分子链段之间，结晶网束缚非结晶部分，使制品难于溶胀，表现出用丙酮或二氯乙烷浸泡时可被溶解的部分很少。
　　
　　塑化度正是制品结晶程度与PVC初级粒子熔化程度的反映。PVC塑化后，结晶度的改变一般不超过10％，但是网络化的结晶对制品的力学性能起到明显的增强作用。塑化度与树脂的相对分子质量和加工过程剪切作用有着密切关系，也即与原料配方、加工温度、螺杆转速、模头阻力等有关。内润滑剂比如我厂生产的单甘酯融化后可渗入PVC微观粒子内分子链之间及表面，减少PVC树脂初级粒子、分子及分子内部链段间相互作用力，促进PVC树脂塑化亦使熔体黏度降低，流动性增加。其作用机理是由于内润滑剂单甘酯的化学结构中具有极性基团和长链烷基的非极性基团。
　　
　　在PVC塑化前，内润滑剂单甘酯的极性基团与PVC树脂极性节点有一定的亲合力，形成键能较强的络合物，从而减弱或消除了PVC各层粒子间的吸引力，使PVC相互缠绕的链段易于扩散，分子基团之间的界限易于消失，促进PVC树脂塑化。在PVC塑化之后润滑剂的极性基团减弱了熔体内分子间及分子内链段之间的相互吸引力，使PVC树脂易于流动，降低熔体黏度，从而起到内润滑作用。另外，内润滑剂单甘酯的长链(碳原子数在12个以上)烷基部分与PVC树脂相容性相差较大，相互亲合力较小，以“屏蔽”方式把PVC粒子、分子彼此隔开，使之易于滑动，起到纯物理的类似润滑油的作用。但是，过量的润滑剂单甘酯则会使聚合物发生形变时，分子链之间更易滑动和旋转，消弱内摩擦力，延缓PVC粒子的破碎和熔融塑化。
　　
　　外润滑剂由于与PVC相容性较差，熔化后只能分布于PVC宏观粒子之间和PVC熔体与加工设备的金属壁之间，熔料与螺杆摩擦系数降低，熔料得不到足够的剪切热量，物料亦不易塑化，起到延迟PVC树脂塑化作用。外润滑剂所起的润滑作用与一般润滑油的作用没有太大的区别，以物理作用为主。在PVC塑化前，它均匀地包裹在PVC粒子表面，使粒子相互滑动，阻碍粒子链段相互扩散、粘连，使粒子的特征消失减慢，延迟塑化。在PVC塑化后它被排斥在PVC熔体表面，并形成液体润滑薄膜，减少PVC熔体与加工设备的金属表面的黏附力及摩擦力，从而减少了局部过热现象，提高了PVC的热稳定性。
　　
　　4润滑剂对PVC—U管材管件生产产生的影响PVC—U管生产厂家经常要考虑原料的变化，由于原料的差异，虽然经过调整温度、螺杆转速等工艺参数，有时仍不能获得良好的塑化度。目前主要采用复合稳定剂、润滑剂、PVC树脂粉、碳酸钙等进行配制。
　　
　　4．4结果表明：(1)不同稳定剂的润滑体系匹配性有很大差异，适量的润滑剂配合有利于良好塑化度的获得；(2)聚合度高PVC树脂粉要求增加内润滑剂用量以降低熔体粘度；热稳定性差的树脂粉要求增加稳定剂份数，若使用滑润成份高的稳定剂，则宜适量减少润滑剂用量；(3)采用活化度低的填料时，润滑剂宜少用。
　　
　　5润滑剂用量遵循的原则成熟的润滑体系，一方面应有利于降低高温聚氯乙烯熔体的粘度，改善物料的流动性，以及减小物料与设备接触面的摩擦，便于管件管材加工；另一方面，应避免过量的润滑剂造成物料塑化延迟，塑化度低。PVC—U管件管材生产厂采用的PVC树脂粉，填料及稳定剂，润滑剂大都有很大的变化，另外管材规格的不同，挤出机和挤出模头的差异亦要求润滑剂做适量的调整。润滑剂用量应遵循以下原则：(1)聚合度高的树脂粉，内润滑剂应适当增加；(2)使用内含润滑成份的复合稳定剂时，润滑剂应适当减小；(3)配方中内外润滑应平衡，避免造成加工困难：(4)稳定性差的树脂粉，稳定剂份数增加，润滑剂应当适当减少；(5)当加入填料多时，润滑剂应适当增加；(6)当加工温度高时，聚合物易与加工设备粘合，润滑剂应适当增加；(7)当使用较大的加工设备时，聚合物粘接的表面会增大，润滑剂应当增加；(8)过量的润滑剂会降低物料塑化程度，消弱管材的力学性。