PVC型材的變色與增白問題簡(jiǎn)析

　　PVC型材在生產(chǎn)及其應(yīng)用中，均會(huì)產(chǎn)生熱光氧化反應(yīng)，聚合物在熱、壓力作用下，受微量水分、酸、堿等雜質(zhì)及空氣中的氧化，而發(fā)生分子量降低而大分子結(jié)構(gòu)改變。

　　這種化學(xué)變化叫降解，其表現(xiàn)***直觀的是表面泛黃，光澤逐漸消失，嚴(yán)重的甚至灰變。型材變色導(dǎo)致客戶對(duì)PVC材料性能產(chǎn)生懷疑，其產(chǎn)生的后果是嚴(yán)重的。

一、PVC型材的變色

　　1、熱、氧、光老化變色

　　許多人認(rèn)為解決型材加工色澤不一致問題，只要使泛黃的型材生產(chǎn)線降低加工溫度，就能減輕色差。但也有人認(rèn)為，發(fā)黃影響***大的是PVC、CPE、穩(wěn)定劑，不同批次的PVC、CPE、穩(wěn)定劑等主輔助原料，加工中會(huì)存在不同色差。

　　在這種情況下，即使單一加入一定量的增白劑、抗光老化劑，也起不到多大的作用。熱、氧、光老化變色的主要表現(xiàn)形式是型材泛黃，有個(gè)別穩(wěn)定劑生產(chǎn)廠家在推廣宣傳其產(chǎn)品時(shí)宣稱使用他們的產(chǎn)品與同類廠家比，可減少份數(shù)、降低成本，其結(jié)果雖然也可以生產(chǎn)出表觀比較滿意的型材，但在廢品的回收中、在苛刻的工藝溫度要求中，由于其熱穩(wěn)定效率不足，對(duì)PVC分子結(jié)構(gòu)的損害又不是肉眼所能觀察到的，所以生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)以下一些情況：

　　(1)型材在加工時(shí)就發(fā)現(xiàn)色澤不統(tǒng)一(如色澤有輕微偏差是允許的);

　　(2)加熱變形后型材明顯黃變;

　　(3)加熱后狀態(tài)良好，但型材制成門窗時(shí)間不長(zhǎng)就變灰。型材正常生產(chǎn)中不發(fā)黃，而在后來的成窗制品時(shí)發(fā)黃。在型材生產(chǎn)過程中，當(dāng)原料及模具等基本條件無變化時(shí)，如果將其塑化段及均化段的溫度提高5℃左右，所產(chǎn)生的型材發(fā)生黃變傾向，也說明其熱穩(wěn)定效率不足，應(yīng)增加熱穩(wěn)定劑的加入量，尤其是配方中加入熒光增白劑等增白助劑時(shí)，熱穩(wěn)定劑不足，增白效果不明顯。

　　2、PVC分子結(jié)構(gòu)與顏色的關(guān)系

　　(1)因PVC樹脂是一種熱敏性塑料，其光穩(wěn)定性較差，在熱和光的作用下，支鏈發(fā)生脫HCI反應(yīng)、多烯結(jié)構(gòu)分子，當(dāng)主鏈出現(xiàn)共軛雙鍵數(shù)量不太多時(shí)產(chǎn)生微量色差，氯化氫首先會(huì)與周圍潛在的對(duì)酸活性的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，而其軛雙鍵成為PVC分子鏈內(nèi)新的活性位置，被光引發(fā)成大分子游離基后，PVC就容易遭受氧化，產(chǎn)生色變。

　　(2)PVC樹脂中存在一定數(shù)量偏低低分子量組分，降低了聚合物的熱穩(wěn)定性，PVC分解的機(jī)理有游離基機(jī)理、離子機(jī)理、單分子機(jī)理等，PVC分解除穩(wěn)定劑外還有可能受到PVC樹脂本身質(zhì)量的影響，如PVC樹脂內(nèi)是否存有殘留過多的引發(fā)劑。

　　(3)聚合物中如存在某種雜質(zhì)，例如在聚合過程中加入的引發(fā)劑、催化劑、酸、堿等去除不盡，或在儲(chǔ)運(yùn)過程中吸收水分，都會(huì)降低聚合物的穩(wěn)定性。因?yàn)檫@些物質(zhì)能引起分子--離子降解反應(yīng)，CPE中含有較多Cl2、HCl等低分子物，易加速樹脂熱分解。因此對(duì)穩(wěn)定不好的PVC+CPE體系，通過增加穩(wěn)定劑用量也可消除一些型材泛黃問題。

　　(4)硬PVC結(jié)構(gòu)型材，它是由PVC作連續(xù)相的多相聚合物與混合物捏合熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑潤(rùn)滑劑、填充劑與顏料構(gòu)成的混合體系，當(dāng)PVC異型材曝露在自然環(huán)境時(shí)，一旦PVC組分脫氯化氫后，碳酸鈣原組分會(huì)轉(zhuǎn)化成氯化鈣新組分，它分散在氧化降解物層內(nèi)，并形成潛在的吸水位置，這是戶外型材發(fā)黃的原因之一。

　　(5)除了溫度還有應(yīng)力，塑料在成型之前，在高攪、冷攪、擠出等過程中，受到剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力的作用而引起熱降解。

　　解決色差時(shí)，單一的方法并不能較理想處理問題，如從以下4個(gè)方面全盤考慮，解決起來更快捷些：

　　(1)降低加工溫度比不降低加工溫度色澤變白些;

　　(2)在復(fù)合穩(wěn)定劑中單純加單鉛鹽效果不比增加復(fù)合穩(wěn)定劑效果好;

　　(3)單純加穩(wěn)定劑又不如既選用部分穩(wěn)定劑，又選用增白母料或高白度填料、增加鈦白粉效果快;

　　(4)單純加鈦白粉再適度增加一些內(nèi)潤(rùn)滑劑效果更佳。一般認(rèn)為低分子物質(zhì)對(duì)聚合物有增塑作用，機(jī)理之一是大分子與小分子之間的相互作用代替大分子之間的相互作用，從而使大分子鏈段運(yùn)動(dòng)容易得多。

　　上述措施會(huì)從不同程度上阻止PVC分解，減少型材加工中色澤不一致現(xiàn)象，筆者認(rèn)為***有效途徑是從穩(wěn)定體系優(yōu)化設(shè)計(jì)，從根本上抑制PVC共軛多稀發(fā)色結(jié)構(gòu)。

　　生產(chǎn)實(shí)踐中用自制的紫外燈管對(duì)型材進(jìn)行紫外老化12小時(shí)，有明顯顏色變化。及時(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行自然氣候暴露老化試驗(yàn)無疑是必要的，以便從小料方面篩選出具有優(yōu)良耐候性的配方。

　　3、鉛硫污染變色

　　據(jù)客戶反映："PVC型材在室外經(jīng)雨淋和強(qiáng)陽(yáng)光照射后，型材局部表面發(fā)生變色，有的是同一窗上有一根型材上在殘存雨點(diǎn)的地方變色程度更厲害，表面色澤呈淡灰色或淺灰色"。

　　除其它原因外，群青作為淡青色作色劑分散不均是其原因之一，群青--硅酸鋁的含硫復(fù)合物，耐堿不耐酸，在PVC型材中使用量過大或大量積聚，從理論上講，與含硫化合物作用可能生成黑色的硫化鉛，變色的現(xiàn)象已在不少型材門窗廠出現(xiàn)。這是使用鉛鹽系列穩(wěn)定劑同時(shí)加入較低質(zhì)量鈦白粉和群青的型材廠值得注意的問題。

　　也有廠家報(bào)告與橡膠密封條接觸的型材亦有明顯變色， 且變色向周圍擴(kuò)延，除劣質(zhì)密封條中含有易析出的機(jī)油類材料等，其另外原因有橡膠密封條中殘存的硫與鉛作用生成硫化鉛的結(jié)果。

二、PVC型材的增白

　　1、增白劑增白原理及型號(hào)的選擇

　　熒光增白劑是一種特殊的粉狀有機(jī)物，能夠吸收300nm-400nm的紫外光波，并將吸收的能量轉(zhuǎn)換，輻射出420-480nm的紫色或藍(lán)色熒光，并以其來彌補(bǔ)被基質(zhì)反射損失的紫色或藍(lán)色波長(zhǎng)。因此可以說熒光增白劑既增白又起到一定的紫外線吸收作用。

　　白色產(chǎn)品中加入少量藍(lán)色顏料以期達(dá)到"遮黃"的目的，熒光增白劑是使反射光數(shù)量增加起到"加光"的作用，與加藍(lán)增白的"減光"作用不同，從而使制品表面亮度增加，使產(chǎn)品色彩更清晰、鮮明，達(dá)到"容光煥發(fā)"的增白效果。熒光增白劑型號(hào)的選擇應(yīng)考慮到熔點(diǎn)和分解溫度、耐曬度、溶解度及***大吸收波長(zhǎng)。

　　國(guó)產(chǎn)一般增白劑如PF型分解溫度低，起始分解溫度178℃，***大吸收波長(zhǎng)363nm，且有升華現(xiàn)象，價(jià)格雖低，但效果欠佳。如選用OB型，熔點(diǎn)196-203℃，分解溫度大于220℃，***大吸收波長(zhǎng)375nm;"OB-1"型，熔點(diǎn)353-359℃，***大吸收波長(zhǎng)374nm，***大發(fā)射熒光波長(zhǎng)434nm,特別適用于PVC制品。另外，"FP-127"與PVC相容性***佳，也可用于PVC制品。

　　2、鈦白粉

　　鈦白粉是***佳的白色顏料，廣泛用于塑料異型材，它也是一種非常好的光屏蔽劑。

　　金紅石型(R型)鈦白粉相對(duì)密度4.26，折光率2.72，能反射或折射大部分可見光，并能完全吸收波長(zhǎng)小于410nm的紫外線，耐熱性、耐候性好，屏蔽紫外線的作用強(qiáng)，是提高型材耐候性的重要原料之一。

　　鈦白粉同時(shí)還有抑制PVC脫氯化氫的作用，延緩PVC的分解，但由于其市場(chǎng)價(jià)格較高，有部分型材廠為降低成本，減少鈦白粉用量至3.6份，甚至更少，這樣大大降低了型材的耐候性，有文獻(xiàn)報(bào)道：當(dāng)制品中鈦白粉含量在8%時(shí)，其遮蓋率趨于平衡，超出其范圍多加無益。

　　由于高分子材料中加入鈦白粉會(huì)使粘度上升，流動(dòng)性降低，扭矩增大造成加工困難，一般加入5份左右即可，白度不足可加入少量熒光增白劑。

　　3、顏料的選擇

　　有不少?gòu)S家選用無機(jī)顏料群青增白和調(diào)色，認(rèn)為無機(jī)顏料耐曬好，殊不知其耐牢度只有1-2級(jí)(廣州老化所證實(shí))。雖然群青耐熱性很好，但它的耐酸性很差，由于PVC在加工過程中會(huì)分解出氯化氫，一但混合不均，很易使群青含量高的部分高分子材料分解變色，并生成游離硫，進(jìn)而與穩(wěn)定劑鉛鹽反應(yīng)，生產(chǎn)硫化鉛，造成白色異型材色澤發(fā)暗。

　　在PVC型材中使用熒光增白劑及酞菁藍(lán)增白和調(diào)色，耐候性要好于群青。但酞菁藍(lán)用量不好控制，每百公斤PVC/1.5g酞菁藍(lán)顏料，其著色率比群青大20倍，易產(chǎn)生色差，且由于一般酞菁藍(lán)產(chǎn)生綠光，感官效果不好。