直接添加型改质剂在PVC异型材中的应用
黄艳1,2,朱宗奎1
（1.南京协和化学有限公司，江苏 南京 210024；
2.南京协和工程塑料应用研究所，江苏 南京 210024）
摘要：本文提出了一种直接添加型环保改质剂XH-CR55，并通过工业生产试验证实了使用该改质剂可将非活化碳酸钙直接加入到PVC异型材体系中，从而将碳酸钙的表面处理跟聚氯乙烯加工配方的混料过程有机结合起来，应用技术简单，提质降本效果显著。该产品解决了目前活性碳酸钙行业制备技术落后、产品质量不稳定以及聚氯乙烯加工行业特别是钙、锌稳定剂体系加工范围窄、成本高等问题。更为重要的是产品可改善PVC熔体的流动性、热变形性，促进塑化，使体系加工宽容性有一定提升。
关键字：直接添加 改质剂 PVC 型材 非活化碳酸钙
1 前言
碳酸钙作为PVC型材制品的填料是PVC型材改性的重要手段之一[1,2]，在PVC型材加工中加入各种适合的填料，可以提高制品的刚性、耐磨性、硬度、耐候性、尺寸稳定性等性能，并可降低制品的成本[3]。但PVC塑料与填料的极性差异大，亲和性差，在混料的过程中造成有机相与无机相力学失衡，使高聚物内部分散不均匀，造成制品内部应力集中，界面粘结力下降，直接造成制品的物理机械性能（如：拉伸强度、冲击强度、断裂伸长率等）下降[4,5]。因而碳酸钙和PVC塑料之间表面能的差异带来的分散问题成为了在PVC型材加工中的热点和难点，据统计在PVC加工过程中近三分之一的事故都与填料碳酸钙有关。
使用改质剂通过干法、湿法或干法、湿法结合的方法对碳酸钙（一般是轻钙）表面进行活化处理（简称活化轻钙），将活化处理后的碳酸钙作为配方的填充料直接加入到PVC型材配方体系中进行加工，能有效的解决体系分散和界面相的问题[6,7]，但受各种因素的影响，轻钙的活化改性存在以下问题：
（1）活化轻钙与同等条件下未活化的轻钙相比蓬松质轻，装卸、加料、下料时存在着较大的粉尘污染。
（2）目前表征轻钙活化程度的指标活化度，仅代表活化轻钙在水中的溶解程度，不能很好的衡量轻钙的活化程度。
（3）活化轻钙批次间稳定性差。活化轻钙多为间歇式过程，批生产量低，大批量生产活化效果差，因批次间的活化差异大，从而给PVC配方和型材加工带来潜在的不稳定因素和风险。
2 生产试验配方
表1 XH-CR55在陕西某型材公司试验配方（20份碳酸钙）
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原料
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原样1
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试样1
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PVC树脂（SG-5）
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100.0
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100.0
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CPE
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9.0
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7.5
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ACR401
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1.0
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0.5
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钛白粉（金红石）
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4.5
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4.5
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活性轻钙
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20.0
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——
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|
轻钙
|
——
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20.0
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复合稳定剂CH505C（协和化学）
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3.8
|
3.8
|
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改质剂XH-CR55（协和化学）
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——
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0.5
|
|
润滑剂
|
适量
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适量
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|
色母料
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适量
|
适量
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表2 XH-CR55在黑龙江某型材公司试验配方（30份碳酸钙）
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原料
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原样2
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试样2
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PVC树脂（SG-5）
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100.0
|
100.0
|
|
CPE
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10.0
|
8.0
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|
ACR401
|
1.2
|
1.0
|
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钛白粉（金红石）
|
4.5
|
4.5
|
|
活化轻钙
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30.0
|
——
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|
轻钙
|
——
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30.0
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|
复合稳定剂
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4.0
|
4.0
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改质剂XH-CR55（协和化学）
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——
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0.6
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润滑剂
|
适量
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适量
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色母料
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适量
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适量
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表3 XH-CR55在河北某型材公司试验配方（40份碳酸钙）
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原料
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原样3
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试样3
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PVC树脂（SG-5）
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100.0
|
100.0
|
|
CPE
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12.0
|
10.0
|
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ACR401
|
1.8
|
1.0
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钛白粉（金红石）
|
4.5
|
4.5
|
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活化轻钙
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40.0
|
——
|
|
轻钙
|
——
|
40.0
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复合稳定剂CH505C（协和化学）
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4.5
|
4.5
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改质剂XH-CR55（协和化学）
|
——
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0.8
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润滑剂
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适量
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适量
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色母料
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适量
|
适量
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表1、表2、表3为轻钙和活化轻钙体系使用XH-CR55分别在陕西、黑龙江和河北型材公司试验配方，根据不同配方体系进行生产，并对生产工艺参数和材料主要力学性能进行测试。
为保持原配方体系的各项性能指标的平衡，根据对比测试和相关生产经验，建议选用沉降体积略低于原配方体系中的活化轻钙的轻钙。
3 结论
使用直接添加型改质剂可用轻钙直接代替活化轻钙，并可改善PVC熔体的流动性、热变形性，促进塑化，对整个PVC配方体系加工成型温度降低3~10℃，使加工宽容性有较为明显的提升，因而可在一度程度上部分取代或减少抗冲击改良剂CPE和加工改性剂ACR的用量，优化了PVC异型材的配方体系，有效降低了PVC材料加工难度和风险。适当调配直接添加型改质剂的用量在加工材料机械力学性能基本不变的前提下可增加碳酸钙的用量或降低加工助剂ACR和CPE的用量。
直接添加型改质剂XH-CR55改善了PVC异型材改性中无机粉体必须预先活化处理的现状，纠正了用活化度的高低来判断活性无机粉体质量好坏的误区，改变了增加无机粉体必须以降低产品质量为代价的意识，解决了偶联剂易水解、使用繁琐、功能单一的问题，突破了无机粉体在进行表面活化处理前都需要干燥的常规，打破了只有橡胶、弹性体才能增强、增韧的神话，引导了改性助剂复合化、专用化、功能化的发展方向，实现了提质降本、节能降耗、绿色环保的目的。