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塑料異型材表面變色原因分析

在PVC-U異型材的生產(chǎn)和使用過程中，有時(shí)會(huì)遇到型材表面變色的問題，這個(gè)問題如不及時(shí)分析判定其原因并加以解決，往往會(huì)影響生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。本文結(jié)合筆者多年從事PVC-U異型材加工和配方工藝的體會(huì)，綜合分析PVC-U異型材表面變色的原因。
在表面質(zhì)量正常的情況下，PVC-U異型材一般為白色，表面光滑平整。按GB8814-88要求，型材“不應(yīng)有影響使用的傷痕、凸凹、裂紋、雜質(zhì)等缺陷”，“型材色澤應(yīng)均勻一致”。如果采用白度計(jì)測(cè)量，正常生產(chǎn)的PVC-U異型材的白度為80左右。
型材白度分析

從兩組試驗(yàn)可以看出，型材的白度受原輔材料、配方、設(shè)備、模具、工藝等多種因素的影響。在其他因素相同的情況下，由於PVC生產(chǎn)廠家不同，生產(chǎn)的型材白度也不同（相差1.0）；由於穩(wěn)定體系不一樣，采用SR-“1+ 2”為穩(wěn)定體系生產(chǎn)的型材，比采用鉛系為穩(wěn)定體系生產(chǎn)的型材要白一些，白度提高1.0-1.5；運(yùn)用不同設(shè)備、模具、工藝，加工不同型材時(shí)，型材表面白度也有差別（白度相差0.4-0.9）。所以，要生產(chǎn)白度完全相同的型材比較困難。只能采取各種措施盡量減小型材表面白度的差別，做到用肉眼判斷“無明顯色差”。

高質(zhì)量的型材生產(chǎn)是綜合考慮多種因素的結(jié)果

型材表面變色的原因分析
由於多方面原因，型材表面有色差實(shí)屬正?，F(xiàn)象。但是，如果型材表面變色，就屬於不正常的情況了。

型材表面變色的原因是什麼呢？簡(jiǎn)而言之，型材表面變色的原因是由於主要組分PVC樹脂在熱和光的作用下，發(fā)生了熱降解和光降解，造成型材表面變色。型材表面變色大致有兩種情況：一是新配方試驗(yàn)時(shí)型材表面變色或正常生產(chǎn)時(shí)型材偶爾變色；二是正常生產(chǎn)時(shí)型材不變色，而在使用中發(fā)生表面變色。型材表面變色的情況不同，原因也不一樣。
原因一：配方設(shè)計(jì)不合理
PVC樹脂的光、熱穩(wěn)定性差，純樹脂加熱到100℃就開始分解，超過130℃時(shí)分解更為迅速。PVC受陽光中的紫外線和空氣中的氧的影響會(huì)發(fā)生光氧化分解。PVC樹脂受熱和光的作用分解後均造成樹脂變色，顏色變化的順序?yàn)椋喊咨?/span>-粉紅色-淺黃色-紅色-褐色-黑色。
為防止PVC樹脂在加工過程中分解，在配方中就必須加入熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑和潤(rùn)滑劑等十多種加工助劑。在新配方試驗(yàn)時(shí)，如果型材表面變色，其原因主要是配方設(shè)計(jì)不合理，主要可能是：（1）熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑的用量不足；（2）復(fù)合熱穩(wěn)定劑各組分的選擇和配比不當(dāng)；（3）內(nèi)、外潤(rùn)滑劑各組分的選擇和配比不當(dāng)。
原因二：配料和原材料問題
對(duì)於己經(jīng)過科學(xué)鑒定和較長(zhǎng)時(shí)間生產(chǎn)考驗(yàn)的“老配方”，如果生產(chǎn)時(shí)型材偶爾變色，就可以排除“配方設(shè)計(jì)不合理”的因素。如果排除儀表失靈造成工藝變化的特殊情況，其原因是體系的熱穩(wěn)定性較差，主要應(yīng)從配料和原材料兩個(gè)方面找原因。
在配料方面，由於要將PVC樹脂和其他十多種不同的加工助劑按照不同比例配合在一起，所以配料工作不僅繁雜，且工作量很大，有時(shí)難免出現(xiàn)錯(cuò)配、誤配等情況。如果工人在配料時(shí)忘記或少加了熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、抗氧劑和內(nèi)外潤(rùn)滑劑等成份，就會(huì)偶爾出現(xiàn)型材表面變色的問題。
在原材料方面由於頻繁地更換原材料生產(chǎn)廠家和型號(hào)、批號(hào)，也會(huì)出現(xiàn)型材表面變色問題。在原材料中，對(duì)型材表面變色的影響最大的組分主要是：PVC樹脂、CPE和熱穩(wěn)定劑。
PVC樹脂的熱穩(wěn)定性是造成型材表面變色最重要的原因。PVC樹脂的分子量大小及其分子量分布決定了它的熱穩(wěn)定性能。在同樣的條件下，PVC樹脂的分子量愈大，其分子量分布愈小時(shí)，樹脂的熱穩(wěn)定性愈好。也就是說，不同型號(hào)的PVC樹脂的熱穩(wěn)定性能不一樣，相對(duì)而言應(yīng)當(dāng)是SG4> SG5>SG6。如果按照SG5型PVC的加工工藝條件，用來加工SG6型PVC樹脂，生產(chǎn)的型材就有可能表面變色。另外，由於PVC樹脂生產(chǎn)企業(yè)采用的原材料、工藝路線、生產(chǎn)規(guī)模的不同，不同廠家生產(chǎn)的PVC樹脂的分子量分布就不一樣；同一廠家、不同批號(hào)的PVC樹脂由於工藝條件不盡相同，其分子量分布也會(huì)有一定區(qū)別。分子量分布寬的PVC樹脂中存在一定數(shù)量的偏低分子量組分，就會(huì)顯著地降低聚合物的熱穩(wěn)定性，造成加工出的型材表面變色。所以，在采用老配方生產(chǎn)時(shí)型材偶爾變色，在原材料方面首先要檢查PVC樹脂網(wǎng)頁生產(chǎn)廠家和批號(hào)是否有改變，測(cè)定并相對(duì)比較不同廠家和批號(hào)PVC樹脂的熱穩(wěn)定性。

原因三：CPE質(zhì)量
CPE的質(zhì)量也是影響型材表面變色的重要原因。CPE是由高密度聚乙烯（HDPE）在鹽酸水溶液中懸浮氯化而制得，其中氯含量36-38%的CPE，其結(jié)晶度和玻璃化溫度均較低，具有良好的彈性及與PVC的相容性，廣泛用作PVC-U異型材的抗沖擊改性劑。近年來各地新上馬的生產(chǎn)CPE的中小企業(yè)較多，有的企業(yè)由於各方面的原因，生產(chǎn)的CPE中氯含量偏高或偏低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，含有較多的Cl2、HCl等低分子物，在PVC-U異型材加工時(shí)容易加速PVC樹脂的熱分解，引起型材表面變色。
原因四：熱穩(wěn)定劑質(zhì)量與用量
熱穩(wěn)定劑的質(zhì)量和用量也是引起型材表面變色的重要原因。目前在PVC-U異型材加工中應(yīng)用的熱穩(wěn)定劑有兩種：鉛系、有機(jī)物和稀土有機(jī)物穩(wěn)定體系。要比較熱穩(wěn)定劑的質(zhì)量，除對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)際比較以外，主要是檢測(cè)其有效成份的含量。
鉛系穩(wěn)定體系有復(fù)合鉛和單組分鉛鹽自行配合兩種。選擇不同的鉛鹽種類和配比是非常重要的，它不僅影響其熱穩(wěn)定效果，還會(huì)影響型材的表面色澤，這就是有的型材表面色澤始終泛紅的原因所在。

對(duì)於熱穩(wěn)定性不好的PVC-U體系，適當(dāng)增加熱穩(wěn)定劑的用量，可以起到消除型材表面變色的作用。
原因五：鈦白粉質(zhì)量
鈦白粉學(xué)名二氧化鈦，有金紅石型和銳鈦型兩種晶型。金紅石型鈦白粉質(zhì)地較軟，耐候性和耐熱性較好，屏蔽紫外線的作用強(qiáng)，不易變黃，而且耐水性也較好，特別適用於戶外使用的塑料制品。銳鈦型鈦白粉的耐熱性和耐光性較差，有促進(jìn)聚氯乙烯光老化的作用，主要適用於室內(nèi)使用的制品，金紅石型鈦白粉（TiO2）是白色PVC-U異型材最理想的著色劑，同時(shí)兼有屏蔽和散射紫外線的作用，可以提高型材的耐候性和耐熱性。應(yīng)當(dāng)注意的是，另外一種銳鈦礦型TiO2就不具備金紅石型TiO2的上述特點(diǎn)，耐光性和耐曬性極差，如用在塑料門窗型材中易使窗框變色老化。因此，遇到型材在使用中變色的問題時(shí)，首先要檢查鈦白粉的型號(hào)是否用錯(cuò)，是否購入了假冒偽劣TiO2。
在中國(guó)一般氣候下，在PVC-U窗框異型材中加入金紅石型TiO2的用量為4-6份（PVC100份時(shí)）。在稀土有機(jī)物穩(wěn)定體系的型材中應(yīng)用金紅石型TiO2可以提高型材的光穩(wěn)定性和耐候性。在有機(jī)錫穩(wěn)定體系的型材中應(yīng)用金紅石型TiO2，由於有機(jī)錫耐光穩(wěn)定性和耐候性較差，TiO2用量應(yīng)為12-15份（PVC100份）。
PVC-U熱穩(wěn)定性、混料及其它分析
PVC-U熱穩(wěn)定性
PVC樹脂不僅熱穩(wěn)定性差，光穩(wěn)定性也差，在紫外線和氧的作用下，PVC樹脂會(huì)產(chǎn)生光氧化作用，分解脫HCl導(dǎo)致老化，造成型材表面變色。因此，在PVC樹脂加工過程中，要添加足夠光熱穩(wěn)定劑來消除型材表面變色。在正常生產(chǎn)時(shí)型材不變色，在使用中出現(xiàn)型材表面變色的問題，反映體系熱穩(wěn)定性尚可，光穩(wěn)定性較差，因此要從光穩(wěn)定性方面去找原因。
要分析不同PVC樹脂的光穩(wěn)定性，比較不同廠家和同一廠家不同批號(hào)的PVC樹脂的光穩(wěn)定性是必要的措施。
混料工藝
混料是PVC型材生產(chǎn)的頭道工序，也是關(guān)鍵工序，一般將PVC樹脂、穩(wěn)定劑、改性劑、潤(rùn)滑劑、鈦白粉等通過高速混合機(jī)進(jìn)行混合，以達(dá)到顏料及組分分散均勻的目的。
庫存與包裝運(yùn)輸
要嚴(yán)格按照GB8814要求包裝、貯存和運(yùn)輸PVC-U異型材。GB8814規(guī)定：“型材應(yīng)該用牛皮紙或塑料薄膜等包好并捆扎緊，不能使型材外露”，“型材應(yīng)貯存在地面平整、溫度低於40℃的倉庫內(nèi)”，型材在“包裝、貯存和運(yùn)輸過程中，不準(zhǔn)使產(chǎn)品受到強(qiáng)光照射、日曬”等。
其他
PVC型材變色是多種因素共同作用的結(jié)果。除了以上討論的內(nèi)外影響因素及助劑以外，還應(yīng)考慮到生產(chǎn)工藝和設(shè)備模具中引起型材變色的因素。主要是使PVC在熱加工、機(jī)械剪切等條件下，盡量減小熱氧降解，保證在光、氧、氣候老化條件下使型材具有更好的穩(wěn)定性。這其中包括混料、擠出、塑化、定型、冷卻等各種工藝對(duì)熱氧降解的控制。
改進(jìn)措施
（1）調(diào)整配方，采用科學(xué)、先進(jìn)的配方體系和無毒、高效的熱穩(wěn)定體系，提高配方耐熱、光、氧的綜合穩(wěn)定能力；（2）建立原材料化驗(yàn)室，提高對(duì)型材表面變色原因的分析能力和快速判斷能力；（3）建立質(zhì)量可靠的穩(wěn)定的原材料供應(yīng)渠道，切實(shí)保證原材料質(zhì)量；（4）適當(dāng)加大熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑和抗氧劑的用量，及時(shí)處理由於原材料變化造成的型材表面變色問題；（5）包裝、貯存和運(yùn)輸PVC-U異型材時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照GB8814要求執(zhí)行。
PVC-U型材的變色現(xiàn)象是內(nèi)外多種因素共同作用的結(jié)果。其中外部條件包括紫外線照射，一定溫度、濕度及氧條件，空氣污染（塵埃硫、酸雨等）。乾熱氣候條件對(duì)PVC-U降解變色具有加速作用。內(nèi)部因素則是PVC樹脂在光、氧條件下分子本身降解脫HCl變色。所以，控制PVC樹脂的質(zhì)量，特別是控制PVC樹脂的降解及多烯結(jié)構(gòu)的形成，是解決型材變色的首要問題。此外，PVC型材生產(chǎn)配方中的各種助劑，包括穩(wěn)定劑、抗氧體系、鈦白粉、顏料和填料，由於各自品質(zhì)的不同也存在著變色的因素。通過對(duì)配方中穩(wěn)定體系的優(yōu)化，同時(shí)配合必要的耐候規(guī)格金紅石鈦白粉，控制配方中樹脂和各種助劑的質(zhì)量及其自身可能的變色因素，是減少型材變色現(xiàn)象的必要條件。

怡美小編小廖整理分享

2014-12-04

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