Факторы, влияющие на светостабильность ПВХ и растворов

May 6, 2022

TDD-global

13848

Руководство

Основные моменты

ПВХ активно применяется в строительстве и промышленности, но под действием УФ-излучения, тепла, кислорода и влаги быстро деградирует: желтеет, становится хрупким, теряет механические свойства. Основные причины — дезхлорирование (выделение HCl) и образование сопряжённых полиеновых структур. На фотодеградацию влияют структура самой смолы, пластификаторы, растворители (напр., THF), термостабилизаторы, полимерные модификаторы (MBS ускоряет, PVA замедляет разложение) и наполнители (CaCO₃ способствует пульверизации). Для повышения светостойкости рекомендуются: оптимизация полимеризации (удаление O₂, контроль температуры), использование HALS-стабилизаторов, антиоксидантов, УФ-абсорберов (бензотриазолы, бензофеноны), хелатов, а также нефотоактивных светозащитных агентов — рутильного TiO₂ и углеродной сажи. Ключевая стратегия — минимизация выделения HCl и образования полиенов.

поливинилхлорид широко используется в промышленности и жизни благодаря своим уникальным свойствам, низкой плотности, легкой модификации и хорошей производительности обработки. большинство из них используются на открытом воздухе, таких как оконные рамы, дверные рамы, жалюзи, стеновые панели, трубы и т.д. под влиянием различных факторов окружающей среды, таких как солнечный свет, тепло, кислород, озон, вода и т.д. на открытом воздухе, изделия из ПВХ будут подвергаться серьезной деградации, пожелтению, закалке и хрупкости, а также снижению механических свойств. постепенно упасть, и, наконец, потерять свою ценность использования. поэтому мы можем предложить решение проблемы низкой светоустойчивости ПВХ путем изучения факторов, влияющих на деградацию ПВХ.ПВХ.

факторы, влияющие на фотодеградацию ПВХ

Во-первых, регулярность структуры ПВХ

цвет ПВХ смолы изменился после облучения ультрафиолетовым светом, что указывает на то, что часть внутримолекулярной реакции de-HCl произошла на основной цепи макромолекулы, а на основной цепи макромолекулы образовалось небольшое количество сопряженных двойных связей, что привело к изменению цвета смолы. да.

влияние присадок

во время обработки стабильность материала улучшается за счет добавления ряда добавок, таких как стабилизаторы тепла, антиоксиданты, пластификаторы и смазочные материалы. тем не менее, существуют такие проблемы, как плохая совместимость с материалами, температура разложения ниже температуры обработки материала и низкая молекулярная масса и т.д., что снижает механические свойства продуктов и вызывает обесцвечивание из-за утечки и извлечения присадок во время использования.

1. пластификатор

после того, как пластификатор поглощает ультрафиолетовый свет с длиной волны более 290 нм, он генерирует свободные радикалы и действует на цепочку ПВХ, увеличивая скорость экстракции HCl, что ускоряет процесс фоторазложения ПВХ и приводит к обесцвечиванию материала. произойдет обесцвечивание.

2. растворитель

Циклогексанон и тетрагидрофуран (THF) обычно используются растворителями для ПВХ, и THF реагирует с O2, легко образуя комплексы, которые генерируют свободные радикалы под ультрафиолетовым светом, чтобы вызвать фотодеградацию ПВХ. так как THF обычно используется при приготовлении пленок из ПВХ, это ускоряет пленки из ПВХ. фотодеградация.

3. стабилизатор тепла

тепловая стабильность ПВХ является низкой, и для повышения термической стабильности к изделиям из ПВХ, обработанным после обработки, необходимо добавить термостабилизатор. с помощью масс-анализа, инфракрасной спектроскопии и спектрофотометра UV-VIS (длина волны более 300 нм, температура 40 ° C, 55 ° C, 70 ° C) для изучения толщины 80 ° м, содержащей стеарат кальция, стабилизатор тепла цинка, фотоокислительное поведение ПВХ пленки показало, что первоначальный стабилизатор тепла постепенно исчез, потому что HCl реагировал со стабилизатором тепла. когда стабилизатор тепла полностью исчез, потеря веса произошла в то же время, что указывает на то, что интенсивность удаления HCl больше, чем окисление. при ультрафиолетовом облучении было установлено, что тепловая стабилизация олова лучше, что является причиной того, что хлорид олова не приведет к дальнейшему разложению.

эффект модификации полимера

некоторые хорошие свойства могут быть получены путем смешивания ПВХ с другими полимерами, но смешивание повлияет на поведение PVC по разложению ультрафиолетового излучения. сополимер метил метакрилат-бутадиен-стирол (MBS), оксид полиэтилена (PEO) и древесная щепа способствуют фоторазложению ПВХ, в то время как поливинилацетат (PVA) и поливиниловый спирт (PVA) замедляют фотодеградацию ПВХ. добавление MBS в ПВХ может значительно улучшить ударную стойкость ПВХ, но добавление MBS ускорит фотодеградацию ПВХ.

В-четвертых, эффект добавления карбоната кальция

основная цель добавленияCaCO3формула ПВХ продуктов состоит в том, чтобы заполнить приращение, снизить стоимость, улучшить твердость и температуру теплового искажения продукта, а также снизить скорость формовки продукта, но размер частиц и распределение частиц CaCO3 и совместимость с матрицей ограничены. в случае его большого количества это неизбежно вызовет агломерацию в матрице, снизит прочность материала и повлияет на блеск и цвет продукта. некоторые данные указывают на то, что после органической обработки поверхности CaCO3 гигроскопическая способность, очевидно, снижается, но если ПВХ деградирует, а HCl удаляется, CaCO3 рассеивается в слое продукта фотокислородного разложения ПВХ, образуя потенциальный участок поглощения воды, который легко сделать продукт обесцвеченным, а продукты CaCO3 и ПВХ стареют. явление пульверизации в этом процессе тесно связано. продукты с высоким содержанием наполнения CaCO3 подвержены явлению пульверизации. феномен пульверизации является результатом изменения морфологии поверхности, вызванного цепным расщеплением или перекрестным соединением во время старения и деградации ПВХ.

общие методы решения проблемы низкой светоустойчивости ПВХ

1. свести к минимуму деградацию ПВХ смолы и образование полиеновой структуры во время полимеризации ПВХ смолы

1. удалить кислород из системы полимеризации и деионизированную воду

2. температура полимеризации не должна быть слишком высокой

3. контроль соответствующего бюро и скорости преобразования, а также сокращение периода полимеризации

4. строго контролировать содержание хлорида в воде

5. чистота сырья и выбор диспергента и системы инициаторов

2. оптимизировать конструкцию формулы производства изделий из ПВХ

1. стабилизатор тепла

стабилизаторы света Амин (HALS)-это класс производных пиперидина, которые не поглощают или редко поглощают ультрафиолетовый свет и имеют определенный стерический помеховой эффект. однако, поскольку стабилизаторы света амина являются щелочными, они более чувствительны к кислотным веществам [5], и HCl образуется как при фоторазложении, так и при термическом разложении ПВХ. HCL может реагировать с HALS, тем самым препятствуя образованию радикалов нитроксида. "отравление" HALS. могут быть выбраны слабоосновные стабилизаторы света амина, такие как производные пиперидина или производные антрахинона, поскольку они имеют различные функциональные группы, они могут быть использованы в качестве свободного радикального падальщика, и такие производные легко подготовить и почти не имеют токсичности.

2. антиоксиданты

во время обработки и использования продуктов ПВХ они будут окисляться под воздействием тепла и ультрафиолетовых лучей, а окислительное ухудшение связано с образованием свободных радикалов. основная роль антиоксидантов заключается в концевых терминаторах цепи или свободных радикальных падальщиках. его основная функция заключается в связывании свободных радикалов с образованием стабильных соединений для остановки цепных реакций. антиоксиданты, как правило, рекомендуются в качестве многокомпонентных составов для обеспечения защиты от УФ-деградации. основными антиоксидантами ПВХ, как правило, являются бисфенол А и вспомогательные антиоксиданты или перекиси водорода. вспомогательными антиоксидантами ПВХ являются трифенилфосфит и дифенил-изооктиловый эфир, а сочетание основных и вспомогательных антиоксидантов может оказывать синергическое воздействие.

3. ультрафиолетовый абсорбер

роль УФ-поглотителей заключается в предотвращении деградации и перекрестного соединения полимеров, вызванных ультрафиолетовыми лучами в солнечном свете и различных искусственных источниках света. ультрафиолетовый абсорбер может поглощать ультрафиолетовые лучи с длиной волны 240-340 нм, и имеет характеристики цвета света, нетоксичность, хорошую совместимость, небольшую миграцию, легкую обработку и т.д., и оказывает хорошее защитное воздействие на ПВХ смолу.

в соответствии с химической структурой, поглощающие ультрафиолетовый свет можно разделить на о-гидроксибензофеноны, о-гидроксибензотриазолы, гидроксибензотриазины, фенилсалицилат и т.д. Фенил-салицилат является самым ранним стабилизатором ультрафиолетового излучения, и он используется и по сей день из-за своей низкой цены. большинство из них желтые под ультрафиолетовым излучением, ограничивая их использование в бесцветных или прозрачных изделиях. соединения O-Hydroxybenzotriazole и O-Hydroxybenzotriazole являются типичными поглотителями ультрафиолетового света, и они добавляются в изделия из ПВХ, чтобы продукты могли использоваться в течение длительного времени под солнечным светом. их основная функция заключается в предотвращении обесцвечивания изделий из ПВХ, а также в предотвращении того, чтобы продукты становились хрупкими и поверхностными трещинами.

4. хелатирующий агент

хелирующие агенты часто добавляются в систему полимеризации ПВХ или систему формирования, чтобы улучшить тепловую стабильность смолы. принцип заключается в том, что система хелатирования может образовывать стабильные металлические комплексы с вредными ионами металлов, которые легко вызывают высвобождение HCl на молекулярной цепи ПВХ.

5. УФ-защитный агент

светозащитный агент-это класс веществ, которые могут поглощать или отражать ультрафиолетовый свет, и его основная функция отражается в физическом барьере. он может образовывать барьер между источником света и полимером, предотвращая проникновение ультрафиолетового света внутрь полимера. такие продукты дешевы и имеют много разновидностей, таких как диоксид титана и сажи.

сажиявляется наиболее эффективным светозащитным агентом, поглощает весь ультрафиолетовый и видимый радиационный свет, может преобразовывать световую энергию в менее разрушительную тепловую энергию, имеет внутренний фильтр, свободный радикальный падальщик, полимерное однослойное состояние и триплетный фрагментарный агент, играет функцию поглощения ультрафиолетового света через горизонтальную передачу энергии в своей полиядерной ароматической структуре. в соответствии с производственным процессом сажень углерода может быть разделен на три типа: черный углерод канала, сажень печей и сажи теплового углерода. эффективность стабилизации света сажи зависит от его типа, размера частиц и дисперсии в полимере.

диоксид титанав основном имеет две различные кристаллические формы: анатазу и рутильный тип, которые смешиваются в полимеры и демонстрируют значительно различную фотоактивность. диоксид титана Anatase является фотоактивным и может катализировать фотодеградацию полимеров. под действием света и озона он может постепенно образовывать титановую кислоту, что делает поверхность продукта желтой и мелой. диоксид титана рутила является широко используемым ультрафиолетовым защитным средством для ПВХ. он не имеет фотоактивности, но может защищать ультрафиолетовый свет и отражать инфракрасный свет, и непросто пожелтеть. средняя дозировка диоксида титана, как правило, составляет 3% ~ 5%.

самым большим недостатком светозащитного агента является цвет продукта, что непосредственно ограничивает его применение в прозрачных продуктах, и общий прогресс в развитии разновидностей незначителен. новые разновидности в основном представляют собой сверхтонкодисперсные частицы и легко диспергируемые неорганические вещества, такие как сверхтонкий диоксид титана и микронизированный оксид цинка. первый имеет неактивное, немигрирующее, низкое видимое рассеяние света и высокое рассеяние ультрафиолетового света, и придает пластику поглощение ультрафиолетового света, сохраняя при этом прозрачность пластика. последний лучше, чем сверхтонкий диоксид титана с точки зрения прозрачности и эффективности поглощения ультрафиолетового света. да.

в заключение:

(1) обесцвечивание изделий из ПВХ вызвано совокупным действием внешней среды и факторами самого ПВХ, то есть внешним ультрафиолетовым излучением, температурой окружающей среды, влажностью, кислородсодержащими условиями и загрязнением окружающей среды и т.д. факторами самого ПВХ является высвобождение HCl в процессе разложения.

(2)Основной причиной обесцвечивания изделий из ПВХ является наличие полиеновой структуры в его молекулярной цепи и высвобождение HCl в процессе деградации.Таким образом, наиболее фундаментальный способ решения проблемы плохой светостойкости смолы ПВХ - это контролировать ее качество и уменьшить выделение HCl и полиенной структуры.генерируют.

(3)Качество различных добавок в производственной формуле изделий из ПВХ также является фактором влияния на обесцвечивание изделий из ПВХ.Формула может быть оптимизирована для обеспечения качества смолы и различных добавок и уменьшения возникновения обесцвечивания продукции.

Влияние типов диоксида титана на свойства смолы АБС

В ожидании новой политики Billionschem цена на диоксид титана достигнет пересечения