由于聚氯乙烯热稳定性差,在加工过程中需要添加聚氯乙烯热稳定剂,以提高其热稳定性。传统的聚氯乙烯热稳定剂包括:铅盐热稳定剂、有机锡热稳定剂、有机锑热稳定剂和金属肥皂热稳定剂。
聚氯乙烯的热降解过程非常复杂,可以同时进行几个化学反应过程:分子链分解脱离HCL、氧化断链和交联,以及少量芳香结构和大分子链断裂产生碳氢化合物的反应,其中脱离HCL导致聚氯乙烯老化或碳化是热降解的主要表现。
根据目前的研究成果,热稳定剂的作用机理可分为以下几类:
1)吸收树脂热降解过程中产生的HCI,抑制其自动催化降解。如铅盐、有机酸金属肥皂、有机锡化合物、金属醇盐等无机或金属有机化合物,这些弱碱盐和金属肥皂容易与HCI反应,转化为相应的金属氯化物,达到终止或抑制聚氯乙烯分解的目的;环氧化合物和胺类化合物也可以与分解的HCL反应产生相应的化合物;亚磷酸酯和硫醇化合物可以起到抗氧化作用,从而抑制降解,增加热稳定性。
2)更换聚氯乙烯分子中不稳定的丙烯基氯原子或叔叔碳氯原子,去掉降解位点的作用。例如,镉和锌的肥皂、有机锡、硫醇和锑的化合物可以与聚氯乙烯分子中不稳定的氯原子相结合。
3)与多烯结构发生加成反应,防止大共轭体系的形成,减少着色。如果不饱和酸盐或酯含有双键,则与聚氯乙烯分子中的共轭双键发生双烯加成反应,从而破坏其共轭结构,抑制颜色变化。
4)捕捉自由基,防止氧化反应和连锁反应。例如,酚类化合物,酚类自由基能与降解的聚氯乙烯大分子自由基结合,形成不能与氧反应或惰性的自由基物质,抑制HCL的去除,发挥热稳定作用。
因此,聚氯乙烯添加剂制造商徐梅认为,聚氯乙烯热稳定剂可以具有上述一种或几种热稳定功能。主要原理是通过降解、更换不稳定原子或防止反应来打破聚氯乙烯结构中的不稳定性,使聚氯乙烯在生产加工过程中更加稳定。