由于聚氯乙烯熱穩(wěn)定性差,在加工過程中需要添加聚氯乙烯熱穩(wěn)定劑,以提高其熱穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的聚氯乙烯熱穩(wěn)定劑包括:鉛鹽熱穩(wěn)定劑、有機(jī)錫熱穩(wěn)定劑、有機(jī)銻熱穩(wěn)定劑和金屬肥皂熱穩(wěn)定劑。
聚氯乙烯的熱降解過程非常復(fù)雜,可以同時(shí)進(jìn)行幾個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程:分子鏈分解脫離HCL、氧化斷鏈和交聯(lián),以及少量芳香結(jié)構(gòu)和大分子鏈斷裂產(chǎn)生碳?xì)浠衔锏姆磻?yīng),其中脫離HCL導(dǎo)致聚氯乙烯老化或碳化是熱降解的主要表現(xiàn)。
根據(jù)目前的研究成果,熱穩(wěn)定劑的作用機(jī)理可分為以下幾類:
1)吸收樹脂熱降解過程中產(chǎn)生的HCI,抑制其自動(dòng)催化降解。如鉛鹽、有機(jī)酸金屬肥皂、有機(jī)錫化合物、金屬醇鹽等無機(jī)或金屬有機(jī)化合物,這些弱堿鹽和金屬肥皂容易與HCI反應(yīng),轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的金屬氯化物,達(dá)到終止或抑制聚氯乙烯分解的目的;環(huán)氧化合物和胺類化合物也可以與分解的HCL反應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的化合物;亞磷酸酯和硫醇化合物可以起到抗氧化作用,從而抑制降解,增加熱穩(wěn)定性。
2)更換聚氯乙烯分子中不穩(wěn)定的丙烯基氯原子或叔叔碳氯原子,去掉降解位點(diǎn)的作用。例如,鎘和鋅的肥皂、有機(jī)錫、硫醇和銻的化合物可以與聚氯乙烯分子中不穩(wěn)定的氯原子相結(jié)合。
3)與多烯結(jié)構(gòu)發(fā)生加成反應(yīng),防止大共軛體系的形成,減少著色。如果不飽和酸鹽或酯含有雙鍵,則與聚氯乙烯分子中的共軛雙鍵發(fā)生雙烯加成反應(yīng),從而破壞其共軛結(jié)構(gòu),抑制顏色變化。
4)捕捉自由基,防止氧化反應(yīng)和連鎖反應(yīng)。例如,酚類化合物,酚類自由基能與降解的聚氯乙烯大分子自由基結(jié)合,形成不能與氧反應(yīng)或惰性的自由基物質(zhì),抑制HCL的去除,發(fā)揮熱穩(wěn)定作用。
因此,聚氯乙烯添加劑制造商徐梅認(rèn)為,聚氯乙烯熱穩(wěn)定劑可以具有上述一種或幾種熱穩(wěn)定功能。主要原理是通過降解、更換不穩(wěn)定原子或防止反應(yīng)來打破聚氯乙烯結(jié)構(gòu)中的不穩(wěn)定性,使聚氯乙烯在生產(chǎn)加工過程中更加穩(wěn)定。