Wärmestabilisatoren
Wärmestabilisatoren müssen die Zersetzung von PVC-Harz verhindern oder mildern. Die Auswahl der Thermostabilisator-Sorten in der Formulierung richtet sich im Allgemeinen nach den Anforderungen des Produkts. Zum Beispiel:
Bleisalzstabilisatoren werden hauptsächlich in starren Produkten eingesetzt. Bleisalzstabilisatoren zeichnen sich durch eine gute thermische Stabilität, hervorragende elektrische Eigenschaften und geringe Kosten aus. Sie sind jedoch hochgiftig, neigen zur Kontamination der Produkte und können nur undurchsichtige Produkte produzieren.
In den letzten Jahren sind Verbundstabilisatoren in großer Zahl auf den Markt gekommen, so dass die Gefahr besteht, dass sie Einkomponentenstabilisatoren ersetzen. Zu den Merkmalen von Verbundstabilisatoren gehören eine starke Spezialisierung, minimale Umweltverschmutzung und eine vereinfachte Verarbeitung für produzierende Unternehmen. Aufgrund des Fehlens einheitlicher Standards sind die Unterschiede zwischen Verbundstabilisatoren verschiedener Hersteller jedoch erheblich.
Barium-Cadmium-Stabilisatoren sind eine Art thermischer Stabilisator mit guter Leistung. Sie werden häufig in PVC-Agrarfolien verwendet. Typischerweise werden Barium-Cadmium-Zink und organische Phosphate in Kombination mit Antioxidantien verwendet.
Calcium-Zink-Stabilisatoren können als ungiftige Stabilisatoren für Lebensmittelverpackungen, medizinische Geräte und pharmazeutische Verpackungen dienen. Allerdings ist ihre Stabilität relativ gering, bei Verwendung in großen Mengen nimmt die Transparenz ab und sie neigen zur Frostbildung.
Organozinnstabilisatoren weisen eine gute Leistung auf und eignen sich sowohl für PVC-Hart- als auch für transparente Produkte. Insbesondere Octylzin ist zu einem unverzichtbaren Stabilisator für ungiftige Verpackungsprodukte geworden, wenn auch mit höheren Kosten.
Als Hilfsstabilisatoren werden üblicherweise Epoxidstabilisatoren eingesetzt. In Verbindung mit Barium-Cadmium- und Calcium-Zink-Stabilisatoren können sie die Licht- und Wärmestabilität verbessern. Allerdings sind sie anfällig für Migration. Weitere Hilfsstabilisatoren sind Polyole und organische Phosphate.
In den letzten Jahren sind auch Seltenerdstabilisatoren und Stabilisatoren auf Hydrotalcitbasis erschienen. Seltenerdstabilisatoren zeichnen sich durch eine hervorragende Verarbeitungsleistung aus, während Hydrotalcit ein ungiftiger Stabilisator ist.
Grundsätze der Auswahl von Wärmestabilisatoren
Bei der Formulierung von Hart-PVC sollte bei niedrigem oder fehlendem Weichmachergehalt die Stabilisatormenge entsprechend erhöht werden, um eine gute Stabilität zu erreichen.
(1) Undurchsichtige, starre Produkte verwenden üblicherweise dreibasiges Bleisulfat und zweibasisches Bleiphosphit mit einem synergistischen Effekt, wenn sie zusammen im Verhältnis 2:1 oder 1:1 verwendet werden, mit einer Gesamtzugabe von 3 bis 5 Teilen. Alternativ werden heutzutage häufig zusammengesetzte Bleistabilisatoren verwendet.
(2) Für transparente starre Produkte werden keine Bleisalze verwendet. Stattdessen werden üblicherweise andere Metallseifenstabilisatoren als Pb und Ca sowie organische Zinn-, organische Antimon- und Seltenerdstabilisatoren gewählt. Metallseifenstabilisatoren werden in Mengen von 3 bis 4 Teilen zugesetzt, organische Zinnstabilisatoren in Mengen von 1 bis 1,5 Teilen.
Bei Produktformulierungen aus Weich-PVC und PVC-Pasten ist der Weichmachergehalt hoch und die Verarbeitungstemperatur niedrig, sodass die Stabilisatormenge entsprechend reduziert werden kann.
(1) Undurchsichtige flexible Produkte verwenden üblicherweise Bleisalze (1 bis 2 Teile) in Kombination mit Metallseife (1 bis 2 Teile).
(2) Bei halbtransparenten flexiblen Produkten werden üblicherweise mehrere Metallseifen in Kombination mit einem Zusatz von 2 bis 3 Teilen verwendet.
(3) Transparente flexible Produkte verwenden üblicherweise organisches Zinn (0,5 bis 1 Teil) in Kombination mit Metallseife (1 bis 2 Teile). Alternativ können organische Antimon- und Seltenerdstabilisatoren organisches Zinn ersetzen.
In ungiftigen PVC-Formulierungen ist die Auswahl an thermischen Stabilisatoren:
(1) Bleisalzstabilisatoren sollten vermieden werden.
(2) Es können auch andere Metallseifenstabilisatoren als Pb und Cd, beispielsweise Calcium-Zink-Stabilisatoren, gewählt werden.
(3) Es können ungiftige organische Zinnstabilisatoren gewählt werden.
(4) Organische Antimon- und Seltenerdstabilisatoren können gewählt werden.
(5) Als Hilfsstabilisatoren können ungiftige Epoxidstabilisatoren gewählt werden.
Der synergistische Effekt von Primärstabilisatoren: In einer PVC-Rezeptur werden häufig mehrere Primärstabilisatoren zusammen verwendet, da verschiedene Primärstabilisatoren einen synergistischen Effekt haben.
(1) Dreibasisches Bleisulfat und zweibasisches Bleiphosphit haben eine synergistische Wirkung mit einem synergistischen Verhältnis von 2:1 oder 1:1.
(2) Verschiedene Metallseifen haben eine synergistische Wirkung, wobei die Reihenfolge der thermischen Stabilität von Metallseifen wie folgt ist: Cd, Zn > Pb > Ba, Ca.
(3) Zwischen Metallseifen und organischen Zinnstabilisatoren besteht ein synergistischer Effekt, und beide werden häufig zusammen in transparenten Formulierungen verwendet.
(4) Einige Seltenerdstabilisatoren wirken synergistisch mit organischem Zinn und senken so die Kosten beim Ersatz von organischem Zinn.
Synergie zwischen Primär- und Hilfsstabilisatoren:
(1) Metallseifen und Epoxidharz
(2) Metallseifen und Polyole
(3) Metallseifen und -diketone
(4) Einige seltene Erden und Epoxidharz
(5) Metallseifen und organische Phosphate
Bei der Verwendung von Thermostabilisatoren in Verbindung mit anderen Additiven haben einige Stabilisatoren selbst keine Schmiereigenschaften, wie z. B. Bleisalze, organisches Zinn, organisches Antimon und seltene Erden, sodass Schmierstoffe der Formulierung separat hinzugefügt werden müssen. Einige Stabilisatoren haben selbst Gleiteigenschaften, beispielsweise Metallseifen, sodass Gleitmittel in der Formulierung weggelassen oder reduziert werden können.
Schwefelhaltige organische Zinnstabilisatoren und organische Antimonstabilisatoren sollten nicht in Verbindung mit Pb- und Cd-haltigen Stabilisatoren verwendet werden, da sie bei gemeinsamer Verwendung zu einer Schwefelverunreinigung führen.
Antioxidantien
Antioxidantien in PVC-Produkten werden während der Verarbeitung und Verwendung durch Hitze und ultraviolettes Licht oxidiert, was mit der Bildung freier Radikale zusammenhängt.
Die Hauptfunktion primärer Antioxidantien ist der Kettenabbruch oder das Abfangen freier Radikale. Ihre Hauptfunktion besteht darin, sich mit freien Radikalen zu stabilen Verbindungen zu verbinden und so Kettenreaktionen zu beenden.
Das für PVC hauptsächlich verwendete Antioxidans ist Bisphenol A. Es gibt auch Hilfsantioxidantien oder Wasserstoffperoxid-Zersetzer wie Triphenylphosphat und Benzoylphenylisooctylphosphat. Der kombinierte Einsatz von Primär- und Hilfsantioxidantien kann einen synergistischen Effekt erzielen.
Ultraviolett-Absorber
PVC-Produkte, die im Außenbereich verwendet werden, reagieren empfindlich auf ultraviolette Strahlung im empfindlichen Wellenlängenbereich, wodurch PVC-Moleküle angeregt werden oder chemische Bindungen aufgebrochen werden, was zur Entstehung freier Radikalkettenreaktionen führt und den Abbau und die Alterung von PVC fördert. Zur Verbesserung der UV-Beständigkeit werden häufig UV-Absorber zugesetzt.
Zu den häufig verwendeten UV-Absorbern für PVC gehören Triazin-5, UV-9, UV-326, TBS, BAD und OBS. Triazin-5 hat die beste Wirkung, verleiht dem Film jedoch eine leicht gelbe Farbe. Die Zugabe einer kleinen Menge Phthalocyaninblau kann dies verbessern.
In PVC-Agrarfolien wird üblicherweise UV{{0}} verwendet, mit einem typischen Verbrauch von 0,2 bis 0,5 Teilen. TBS, BAD und OBS, bei denen es sich um Salicylsäurederivate handelt, haben eine milde Wirkung und sorgen in Kombination mit Antioxidantien für eine gute Alterungsbeständigkeit.
Bei opaken Produkten kann die Witterungsbeständigkeit generell durch den Zusatz von maskierendem Titandioxid verbessert werden. Wenn jedoch zu diesem Zeitpunkt UV-Absorber hinzugefügt werden, ist eine große Menge erforderlich, was möglicherweise nicht kosteneffektiv ist.