新型环保钙锌稳定剂CZPS在PVC—U型材生产中的应用

程建军　唐圣奎　张鹏

热稳定剂作为PVC加工过程必须添加的助剂，伴随着PVC制品的发展而发展，由最初的单体镉、铅稳定剂等逐步发展到复合铅稳定剂，再到钙锌、钡锌、有机锡稳定剂，逐步走向环保化、绿色化。与传统铅盐稳定剂相比，一般钙锌稳定剂的热稳定性难以达到相应水平，润滑体系较难调整，原料选用及体系设计稍有不当即会导致初期着色能力差、“锌烧”、析出、清模周期短而严重影响其加工性能，导致一般钙锌稳定剂的连续生产运行周期短、生产稳定性差，且难以满足高速挤出工艺要求。同时其原料成本高于传统铅盐稳定剂，使得钙锌稳定剂的应用成本居高不下，在无强制性禁铅的行政命令前，大规模推广应用阻力较大。

海螺塑料研究所经过多年的研究，开发出了新型环保钙锌复合稳定剂CZPS，本文通过流变实验、规模化连续生产对环保钙锌复合稳定剂CZPS在PVC-U型材中的应用进行了论证，与复合铅盐配方体系进行了对比，并跟踪分析了其生产周期以及周期内PVC-U型材表观质量、内在性能的变化情况。

1.实验部分

1.1主要实验原料

PVC：SG-5型；氯化聚乙烯（CPE）：135A型，加工助剂ACR，轻质活性碳酸钙；钛白粉：金红石型，环保钙锌稳定剂；CZPS：自制。

1.2主要实验仪器和设备

自动混料系统（FM1000）：奥地利HENSCHEL公司；平行双螺杆挤出机TTS88：奥地利THEYSOHN公司。

转矩流变仪：德国BRABENDER公司；拉伸冲击仪：意大利CEAST公司；光泽度测试仪：德国BYK-Gardner公司；万能试验机：深圳市瑞格尔仪器有限公司；角强度试验机：德国欧鹏IURBAN）机械设备有限公司。

1.3实验方法

将PVC、CaC03、环保钙锌复合稳定剂CZPS、CPE、加工助剂ACE等加入料罐中经自动称量、热混、冷混后风送入混合料库，静置24h后风送至挤出机进行PVC-U型材连续生产，过程中分别取混合料和PVC型材样品进行各项性能测试，跟踪论证规模化连续生产运行周期以及生产周期内型材表面光泽度、拉伸冲击强度、弯曲弹性模量的变化情况。

1.4性能测试

1.4.1流变性能

准确称取60g混合料，按操作步骤加入到转矩流变仪进行流变行为测试，记录流变数据，并测试环保钙锌配方的动态热稳定时间。实验条件：温度为185℃，转子速度为42rpm/min。

1.4.2光泽度

使用60°光源的对PVC型材样品进行光泽度测试。

1.4.3各项物理性能指标

按照GB/T8814-2004标准要求对PVC型材样品进行低温落锤冲击、加热后尺寸变化率、加热后状态、拉伸冲击强度、弯曲弹性模量、焊角强度、维卡软化点进行测试。

1.4.4铅、隔、汞含量测试

将生产的PVC-U型材送通标标准技术服务有限公司（SGS）对铅、隔、汞等有害物质含量进行测试，其中铅、汞含量参照uSEPA方法3052：1996测定，采用I@-OES进行分析，隔含量参照EN 1122：2001 B方法测定，采用ICP-OES和AAS进行分析。

2.实验结果

2.1环保钙锌CZPS配方体系的流变性能

由表l可以看出，环保钙锌CZPS配方体系的塑化时间明显较复合铅盐配方体系提前，且最小扭矩偏高，主要原因是两种稳定剂配方所使用的润滑剂及体系搭配不同，但两种配方体系的最大扭矩、平衡扭矩、平衡温度基本相当，对挤出加工性能影响不大。同时检测环保钙锌CZPS配方体系动态热稳定时间为2649”，可以较好地满足挤出生产工艺要求。

2.2环保钙锌CZPS配方体系的挤出加工性能

在Theysohn TTS88平行双螺杆挤出机上对环保钙锌CZPS配方体系进行挤出加工论证，从表2复合铅盐配方体系与环保钙锌CZPS配方体系挤出加工工艺对比可以看出，环保钙锌CZPS配方体系挤出加工工艺与复合铅盐配方体系基本相当，无需对挤出生产工艺进行大幅度调整，进一步验证了环保钙锌CZPS配方体系可以满足高速挤出生产工艺要求。

2.3产品物理性能

由表3可以看出，CZPS钙锌配方体系生产的PVC型材各项物理性能检测均可达到技术指标要求，且与复合铅盐配方体系相比无明显差异。

2.4铅、隔、汞含量检测情况

表4为通标标准技术服务有限公司（SGS）对生产的PVC-U型材铅、隔、汞含量检测结果，可以看出，所生产的PVC-U型材中不合有害物质隔和汞，铅含量则为153ppm，低于EOHS指令等欧美文件对PVC制品铅含量的要求。

2.5生产周期内PVC-U型材表观质量变化情况

钙锌配方体系在PVC型材中应用易出现因析出而导致清模周期短，型材表面光泽度以及型材物理性能快速衰减等问题。通过对环保钙锌CZPS配方体系进行规模化连续生产运行跟踪，其生产周期可达到10天以上，口模及千定型入口处均无析出物，目前该配方体系已在海螺型材规模化生产应用近两年时间。

图1为同一台挤出机、同一模具不同生产周期内PVC型材表面光泽度检测变化情况，可以看出，型材表面光泽度随着生产时间的延长呈逐步上升趋势，未出现明显衰减现象，表明生产周期内型材表观质量保持良好。

2.6生产周期内PVC-U型材力学性能变化情况

图2、3分别为同一台挤出机、同一模具不同生产周期内PVC-U型材拉伸冲击强度、弯曲弹性模量检测变化情况，可以看出，均未随着生产时间的延长而出现快速衰减现象，其中型材拉伸冲击强度随着生产时间的延长先逐渐上升，后缓慢下降，弯曲弹性模量则随着生产时间的延长呈先下降后上升的趋势，表明生产周期内PVC-U型材内在质量稳定。