PVC制品用聚乙烯蜡性能研究

黄海亮

（广东联塑科技实业有限公司，广东 顺德 528318）

0 引言

在建材市场中，聚氯乙烯（PVC）制品是其中一类非常常见的产品，包括卷材、管材[1]、板材等，是建材市场中的重要成员。

PVC配方体系对制品的性能有着重要的影响。在PVC材料配方体系中，润滑剂是一类非常重要的添加剂。这类添加剂能降低PVC材料体系之间及物料和加工设备表面的摩擦力，减少摩擦热生成。通过调节配方体系中润滑剂的搭配，不仅能调整材料体系塑化时间以适应不同的加工设备和生产工艺，也可以延长PVC配方的热稳定时间，改善制品的着色性[2-3]。

聚乙烯蜡（PE Wax）是其中一类常见的非极性润滑剂，其化学组成是长链饱和脂肪族烷烃，与PVC树脂相容性较差，常用于调整体系外润滑特性，减少PVC熔体和设备金属表面之间的粘附性和摩擦力[4]。为了了解不同牌号聚乙烯蜡的差异，下面将对两个不同牌号的聚乙烯对PVC材料体系的塑化性能、润滑特性以及热稳定性的影响进行研究。

1 实验原料设备

1.1 原料

聚氯乙烯树脂粉、钙锌热稳定剂、碳酸钙、钛白粉、单甘酯、加工助剂（聚丙烯酸酯类）以及不同牌号的聚乙烯蜡（下文简称为“Wax-1”以及“Wax-2”），以上均为市售工业级原料。

1.2 仪器设备

转矩流变仪：Polylab OS型，美国Thermo Scientific公司；热重分析仪：TG209 F3型，德国耐驰（NETZSCH）公司。

1.3 测试方法

（1）转矩流变测试。按比例称取不同份数的聚乙烯蜡（0、0.25、0.5、0.75以及1phr）以及其他原料（聚氯乙烯树脂粉、钙锌热稳定剂、碳酸钙、钛白粉、单甘酯），并在高速搅拌机中搅拌一段时间，随后称取72~84g样品加入转矩流变仪中进行试验，其中混炼器温度为182℃~190℃，转子转速为25r/min。待试验结束后迅速取下物料压片，并对比不同条件下所得样品的颜色变化情况。

（2）热重分析。按比例称取0.5phr的聚乙烯蜡以及其他原料（聚氯乙烯树脂粉、钙锌热稳定剂、碳酸钙、钛白粉、单甘酯），并在高速搅拌机中搅拌一段时间，取10~20mg在不同升温速度（15、20、25以及30℃/min）下进行测试，得到对应的最大失重速度对应的温度，进而计算对应样品的热分解活化能。

2 结果分析

2.1 塑化性能

图1是两种润滑剂体系的流变曲线，表1是不同润滑体系的塑化性能指标的相关数据，表2是采用线性拟合的方法得到不同体系三个指标数据组的拟合直线斜率。从表2的数据可以看出，随着添加份数的增加，Wax-1在塑化扭矩以及平衡扭矩的数据变化的幅度更大，Wax-2在塑化时间的变化幅度更大，因此可以说明在预定的实验条件下，Wax-1不仅能有效降低体系的塑化扭矩以及熔体粘度，同时在延长塑化时间的作用比Wax-2小，避免体系塑化时间过分延长，因此Wax-1比Wax-2更能保证加工效率。

表1 不同润滑体系的塑化性能数据

表2 拟合直线的斜率

2.2 外润滑特性

表3 第二扭矩差计算结果

由于聚乙烯蜡常被用作外润滑剂，因此采用“第二扭矩差”的指标对两种聚乙烯蜡的外润滑特性进行评价。第二扭矩差也就是塑化扭矩与平衡扭矩的差值，其数值越小，证明润滑体系的外润滑作用越强[5]。计算结果如表3所示。从表中可以看出，在相同添加份数的条件下，Wax-1材料体系的数据都是比Wax-2材料体系的数据小，因此可以说明Wax-1在改善体系外润滑特性方面的作用比Wax-2更明显，更有利于降低熔体的粘度。

2.3 热稳定性

聚乙烯蜡作为常用的外润滑剂，能有效降低PVC熔体以及加工设备金属表面之间的摩擦热，进而延缓PVC分子链降解过程，提升整个材料体系的热稳定性，此处采用转矩流变法[6]对两个不同材料体系的热稳定性进行测试，测试结果如图2所示。从图2可见，随着聚乙烯蜡的加入量不断增多，体系外滑特性不断增强，物料所受的剪切作用不断减弱，PVC分子链的降解速度也随之降低，样品变色程度也不断减弱。相比之下，在同样的添加份数条件下，Wax-1对应的样品颜色明显更浅。当添加份数为1的时候，Wax-1对应样品基本保持白色状态，而Wax-2对应样品已经明显变黄，因此，Wax-1在改善材料体系热稳定性方面的作用比Wax-2更明显。

针对图2中两种聚乙烯蜡添加份数为0.5phr样品对应的干混料，通过热重法测试在不同升温速度下得到的最大失重速率对应的温度Tmd，如表4所示。随后通过Kim-Park法[7-9]计算两个共混物样品对应的热分解活化能Ea，其动力学方程如下式所示，计算结果如表5所示。

其中，Tmd为最大热分解速率时对应的温度；Ea为分解活化能，β为升温速率，A为指前因子，R为气体常数，n为反应级数。通过上式可知，lnβ对1/Tmd作图为一条直线，通过直线斜率可以算出对应的Ea。

从表4的数据可以看出，在同样的添加份数下，两种PVC材料体系的Tmd均随着升温速度的增加而上升，这是因为样品在高升温速度下的温度滞后作用所导致的。通过表5的数据可以看出，两组数据的相关系数均大于0.9，线性关系良好。而Wax-1材料体系的Ea比Wax-2材料体系的数据更大，这也再次证明前者对于体系热稳定性能的改善效果更明显。

表4 热重测试结果

表5 Kim-Park法计算结果

3 结语

通过实验结果可知，与Wax-2相比，Wax-1在降低塑化扭矩以及平衡扭矩的效果更明显，调整体系外润滑特性的效果更突出，同时避免过分延长塑化时间，因此更能保证加工效率。通过变色情况对比结果以及活化能的计算结果可以看出，Wax-1在改善体系热稳定性方面具有明显优势。因此，在本文预设的实验条件下，Wax-1比Wax-2更适合用于实际的加工应用。