Thesis

镁铝锌环保稳定剂在压延工艺中的应用

                          徐  军^①   张  焱^②

         （①广东森德利环保新材料科技有限公司 ②广州宏信塑胶有限公司）

PVC（聚氯乙烯）是目前用量最大的通用塑料之一，在片材行业中，U-PVC材料因制造成本低、力学性能优良、具有良好加工性能，耐腐蚀，绝缘等良好特点，长久以来U-PVC片材一直在建筑装修业、药品包装、食品包装业中得到广泛使用。

PVC材料的稳定性是影响PVC产品质量的一个关键因素，因此通常会在PVC的加工制备过程中添加PVC稳定剂使其稳定性能得到提高，从而获得高质量、高性能的PVC产品。PVC稳定剂主要有铅盐类、有机锡类、金属皂类和稀土类等^[1]，其中铅盐是重金属化合物，为有毒有害物质，已逐渐退出稳定剂市场；有机锡类稳定剂其效果尚可，且可用于透明制品，但价格较高^[2]，生产过程对环境影响大；普通金属皂类则热稳定性不佳^[3]；稀土类是一类较为新型的稳定剂，但受到稀土资源短缺的影响，其价格在不断上涨。随着人们环保意识的增强，环保性能高的、以镁铝锌等轻金属化合物替代铅、镉等重金属的PVC稳定剂受到了青睐。

U-PVC压延片材，指以聚氯乙烯(PVC)树脂为主要原料以压延工艺制成的硬片，这种片材加工温度高，塑化要求高，稳定剂的稳定性要求特别高，在提高稳定性的同时要调整好内外润滑平衡，保证体系相容性好，保证加工过程中包辊良好，延长连续生产时间。U-PVC压延片材所用的稳定剂以有机锡为主，但是锡也是重金属，而且有机锡气味问题一直是行业内的诟病，目前，以沃尔玛为首，全球的超市包括我们中国，已经禁止含有机锡的PVC制品进入超市。近年来，迅速发展起来的钙锌热稳定剂因其无毒、气味少而被公认为环保热稳定剂。广东森德利环保新材料科技有限公司开发的以镁铝锌等轻金属元素为主要材料形成的热稳定剂，无毒，无味，符合RoHS，REACH，PAHs，不含17P，通过1年多的努力，镁铝锌环保稳定剂从少量代替有机锡到目前能全量代替有机锡，产品的透明度与有机锡相当。

1、压延工艺综述

1.1 压延工艺流程

1.2 操作要点

    （1）热搅拌

按产品配方计量各种原料，按配方顺序依次投入热搅拌机，控制温度、转速，使物料混合均匀。当物料温度达到标准后，自动放料至冷搅拌机中。

（2）冷搅拌

将热搅拌结束所得的混合物转移至冷搅拌机中，控制搅拌速度，使物料迅速冷却并进一步混匀。

（3）挤出

经冷搅拌混匀的物料进入螺杆押出机，控制螺杆温度和转速，使物料被加热剪切塑化后押出。

（4）炼塑

混合料从押出机押出后立即进入扎轮机，控制开炼温度、扎轮机转速和辊距，对混合料进行进一步塑化。

（5）压延

将上述经塑化后的混合料投入延压机，将混合料压成初步定型规定厚度的薄片。薄片厚度可根据调整辊筒间隙和辊速拉伸进行引取和压花调整。

（6）冷却

将上步压延得到的薄片持续进入冷却机组进行冷却再定型，然后压平整。

（7）收卷

将已冷却定塑的薄片进入卷取机组进行收卷，得到半成品。

（8）分裁

将已经卷好的半成品转入裁检机，分裁成规定的宽度和支数重量的成品。

1.3 镁铝锌环保稳定剂粉料的相容性 

镁铝锌稳定剂在PVC制品加工过程中，不同于有机锡类稳定剂为液体类与PVC粉混合时吸收性能较优，所以必须注意稳定剂与体系的相容性，只有相容性好，生产的PVC片材才不会产生细粒、透光晶点等异常。镁铝锌环保稳定剂CZX系列通过不断的改进，目前能生产0.07mm以下的药材包装透明片，所以该稳定剂能适合压延片材的各种用途的片材生产。

2 有机锡稳定剂与镁铝锌稳定剂的应用差异

2.1 配方差别

   表1  PVC产品中有机锡稳定剂与镁铝锌稳定剂配方差异

  由表1在PVC产品中两种稳定剂的应用配方比较用量可以看出，环保配方中使用镁铝锌稳定剂比有机锡稳定剂用量增加，同时增加了辅助稳定剂用量，可不用滑剂，这主要是由于有机锡稳定剂在PVC产品中初期白度较优，而镁铝锌稳定剂稍逊，须提高用量和相应的一定量辅助稳定剂（ESBO）协同作用下就可达生产需求，但镁铝锌稳定剂本身滑性很好，在生产中可降低滑剂用量或可不用。

2.2 工艺差别

表2  PVC产品中有机锡稳定剂与镁铝锌稳定剂生产工艺参数对比表

从表2可以看出，首先混合温度相同条件下的混合时间，其镁铝锌粉体稳定剂时间较长些，主要由于镁铝锌粉体稳定剂属粉体类，与PVC吸收分散性比有机锡稳定剂的液体较差，只要低速混合时间适当延长就可以改善。

   其次主要在挤出机温度高约10~20℃，胶布机辊轮加工温度高2~7℃，主要镁铝锌粉体稳定剂本身滑性好，适当提升料筒温度出料塑化程度就可达熔融状态。镁铝锌粉体稳定剂料在胶布机辊轮上剥离性较好，拉伸适当降低，可降低产品收缩性能。另镁铝锌粉体稳定剂在其它方面生产工艺很接近有机锡稳定剂的加工。加工溫度，各机台胶布机温度变化不太相同，主要看前面膠化度，根据胶化度在做温度调整，也有的机台要比有机锡稍低一点。

2.3有机锡稳定剂本身不具有润滑作用，在PVC-有机锡稳定体系中需加入内外滑剂，生产不同厚度PVC制品，可以通过调整滑剂用量，达到正常生产的目的。镁铝锌粉体稳定剂中自带润滑效果，全量使用时可不添加其他滑剂，生产时可以通过调整粉体稳定剂用量，改善料与辊筒之间的剥离性，可以节约滑剂的使用。

3    镁铝锌稳定剂产品的优缺点

3.1、镁铝锌稳定剂是一种由镁、铝、锌的笼式结构化合物、润滑剂、抗氧剂等为主要组成，采用特殊反应工艺合成，在PVC树脂产品中正在不断广泛应用。镁铝锌稳定剂的优点有很多，以下说明几点。

3.1.1 镁铝锌稳定剂是一种高效、不含铅、隔、钡等重金属的无毒稳定剂。

3.1.2 具有优良的热稳定性和塑化性能性，生产胶布产品具优异的耐候性。

3.1.3 具有优良的初期着色性和色泽稳定性，可提高制品的色泽鲜艳度，兼具优异的电绝缘性。

3.1.4 环保镁铝锌稳定剂在PVC树脂加工过程中挥发极少，几乎不产生油烟，而有机锡稳定剂加工时挥发多，气味大，产生较多油烟，所以镁铝锌稳定剂对环境不会产生有害废气，有利于工人的身心健康和周边环境的改善。

3.1.5 镁铝锌环保稳定剂CZX系列相容好，不容易出现轮面析出。

3.2 镁铝锌稳定剂是一种环保型粉体稳定剂，但是在加工过程中还有以下一些缺点。镁铝锌稳定剂在PVC粉料混合混料处理不当，容易会导致塑化不均匀，然后产生表面晶点。解决方案有：1.确保混合时低速达到一定的混料时间再转高速和温度再排料；2.生产过程中保证一定的塑化度，可适当增加ACR的用量；3.生产物料120目以上过筛等。

4、结论

镁铝锌复合稳定剂在PVC压延片材的生产中，通过与环氧大豆油搭配使用不仅可提高稳定性，而且还可增加塑化效果；通过调整滑剂和加工助剂用量以及提高压延前段各设备温度可以改善混合料胶化度，在试验室模拟和现场试制中，加工过程均非常顺利，得到的产品物性与有机锡配方产品相当，满足客户品质要求，用镁铝锌复合稳定剂取代有机锡类稳定剂，可以制得透明和不透明的PVC片材，拓宽了PVC片材的使用范围在医药、食品包装、玩具、室内装饰等环保要求很高的领域也得到了更好的应用。因为使用镁铝锌稳定剂，公司周边的环境也得到改善，空气质量的到提升，镁铝锌替代有机锡是关系国计民生的一项大事，我们公司也因此减轻了大量的环保费用支出。