解析PVC包装制品的配方要点及PVC树脂的性能

2017年08月05日

PVC是六大主要的通用型热塑性塑料,通用型塑料的特点是:
(1)综合性能较好,应用广泛;
(2)成型方便,适用成型设备范围广;
(3)价格低廉。PVC就是这样一种容易成型;综合性能较好;容易改性以满足性能广阔范围的要求;成本低廉,市场上易购的一种塑料。

   从某种意义上来讲,1958年开始的我国使用电解法合成氯气和电石法合成乙炔,然后生产氯乙烯单体,聚合后成为PVC树脂,经压延法加工成PVC薄膜,包装碳铵化肥,是我国最早的软塑包装,是我国塑料包装的初始产品。
   PVC是一种遇热易分解的热敏性热塑性塑料,按其聚合方法的不同有悬浮法PVC,乳液法PVC、本体法PVC及溶剂法PVC四类,其中,占85%以上的是悬浮聚合法生产的PVC树脂粉,其性能特点是综合性能好,广泛应用于挤出、压延、注射及压制等成型工艺,由于我国还不生产溶剂法PVC(因溶剂毒性大,回收设备复杂,生产成本高)和本体法PVC(聚合反应过于剧烈,无法控制)。因此,目前市售的85%以上是悬浮法PVC和部分乳液法PVC,乳液法PVC,工艺比较复杂,成本较贵,后处理工序多、技术要求高,由于乳液法PVC可以成糊状物,广泛用于糊树脂的浸渍、涂布、蘸塑、糖塑等加工。因此又叫糊树脂应当指出的是100%的悬浮树脂PVC是不能有增塑剂和溶剂组成浆糊的,少量树脂颗粒较细的悬浮PVC粉,可以掺混入乳液树脂粉中,用增塑剂和溶剂调配成浆糊状物质,这种颗粒细小的悬浮PVC树脂称掺混树脂。
   悬浮树脂因水介质中使用的悬浮剂的不同(例如:聚乙烯醇和明胶的不同),生产的PVC树脂粉有紧密型和疏松型的不同,疏松型PVC吸收增塑剂速度快,塑化时间短、颗粒内部疏松、粒子直径在50~150μm,而紧密型PVC则相反,颗粒内部紧密,直径在5~100μm,塑化及吸收增塑剂的速度慢。

   PVC悬浮树脂的特性如下:
(1) PVC是无色无嗅无味的热塑性热敏性无定形聚合物,平均分子量在36~8.5万之间,按平均分子量由高到低,可以把PVC分成一型、二型、三型~七型;
(2) PVC树脂本身是无毒的,但是氯乙烯单体(Vinyl Chloride Monomer)却是毒性大的强致癌物,因此,PVC树脂是否有毒,在于其含有的单体量的多少,国际上普遍认为PVC树脂中VCM,含量低于1PPm的为无毒PVC树脂,可用于食品及药品包装;
(3) PVC的玻璃化温度(Tg)为87℃,熔融温度为210℃,100℃下加热就开始分解,温度>130℃
分解迅速,在达不到熔融温度就会全部分解掉,因此,PVC不能在没有热稳定剂的条件下加工成型;
(4) 由于PVC是典型的无定形聚合物,所以PVC制品可以是透明度良好的材料;
(5) PVC阻燃,有自熄性;
(6) PVC在未改性的情况下,制品的冲击强度较低;
(7) PVC具有良好的耐油脂,耐化学稳定性;
(8) PVC电绝缘性优良。

   PVC包装制品配方的要点是:
(1)PVC包装制品根据使用要求有软质、半刚性和硬质之分,一般增塑剂用量在10PHR(Per hundred Rosin,按100份重的树脂为基准的其它材料的重量份数)以下或无增塑剂的为硬质PVC制品;增塑剂用量在10~40PHR的为半硬质制品,增塑剂用量超过40PHR的为软质PVC制品;
(2)PVC是热敏性塑料,配方中一定要有热稳定剂,一般热稳定剂的用量为5~8PHR,过少,则热稳定不足,会产生分解,太多时,则PVC配方料的熔融温度提高,不利于熔体的流动性;
(3)为了提高PVC的熔融流动加工性,PVC配方中应当添加加工助剂,最常用的加工助剂是ACR和CPE,ACR是一种丙烯酸树脂共聚物,而CPE是氯化聚乙烯,添加量为3~6PHR(总和);
(4)注意无毒及有毒配方的不同,对于无毒PVC配方,包括树脂和所有助剂均应是无毒的;
(5)PVC本身是透明性良好的,如配方透明料,则应尽量不使用不透明的固体助剂,而采用液体助剂,如:热稳定剂使用液体有机锡稳定剂或液体Ba-Cd-Zn复合稳定剂。

   二、 PVC包装用塑料薄膜的配方
(一)普通包装用PVC薄膜的配方
1国外推荐的PVC包装薄膜的生产配方
(1)日本三井、东压化学(株)推荐的PVC包装用薄膜压延法配方
表1是日本三井东压化学(株)推荐的PVC压延法薄膜的配方。

材料

透明

不透明

不透明

PVC(Vinychlon 4000M3)

100

100

100

DOP

30~60

20~40

30~90

ESO

2~3

DHP 10~20

-

液体Ba-Cd-Zn

1~2

0~1

-

硬脂酸钡镉

0.5~1

1~1.5

-

螯合剂

0.2~0.5

0.2~0.5

-

酰胺类润滑剂

0.2~0.5

-

-

钛白粉

-

2~5

2~3

3Pbo·PbSO4

-

-

0.5~1

2Pbo·Pbst

-

-

0.3~0.5

Pbst

-

-

0.2

CaCO3

-

-

0-50


表2是日本三井东压化学(株)挤出法包装用PVC薄膜配方。

材料

透明

不透明

PVC(Vinychlon 4000M3)

100

100

DOP

25~40

25~45

ESO(环氧大豆油)

3~5

3~5

液体Ba-Cd复合稳定剂

1.5~2.5

1.0~1.5

硬脂酸钡镉

1.0~1.5

1.5~2.0

螯合剂(亚磷酸酯类)

0.2~0.4

0.3~0.4

酰胺类润滑剂

0.3~0.4

0.2~0.4

CPE

1

1

ACR

2

2

钛白粉

-

2~5

颜料

-

适量

 (2)德国Hankel公司推荐的 PVC压延法包装薄膜的配方
德国Hankel公司的无毒食品用PVC包装压延法透明薄膜配方如下:
SpVc或MPVc(k=58~62)   100
二正辛基锡稳定剂      1.2
加工助剂CPE        1.5
抗冲改性剂MBS或ACR    5~12
Loxiol G16(单、双油酸甘油酯) 0.8~1.2
Loxiol G74或G78(单、双油酸甘油酯) 0.4~0.8
Loxamid EBS/F(酰胺基蜡)  0.3~0.6
2.我国材料生产的PVC包装薄膜的配方
使用国产原料生产的PVC普通包装薄膜配方如表3中。

材料

半硬质

半硬质

软质

软质

通用

硬质

PVC(悬浮5-7型)

100

100

100

100

100

100

DOP

26

25

43

41.5

25

8

CPE

17

20

17

20

-

-

液体Ba-Cd复合稳定剂

1.5

1.5

1.5

1.5

1.5

-

ESO

0.5

0.5

0.5

0.5

-

4

螯合剂

0.5

0.5

0.5

0.5

1.0

-

Hst

0.5

0.5

0.5

0.5

0.5

-

DAP

-

-

1.5

1.5

-

-

硬脂酸钡镉

-

-

-

-

0.5

-

MBS

-

-

-

-

-

4

ACR

-

-

-

-

-

1-2

钙锌高效复合稳定剂

-

-

-

-

-

3

聚乙烯蜡

-

-

-

-

-

1.5

   (二)其它PVC包装薄膜的配方

   (1)抗静电PVC包装薄膜的配方 抗静电和电磁屏蔽用包装PVC薄膜已经在电子元件及电器产品包装上愈来愈显示出重要性。为了使PVC薄膜具有抗静电积累和电磁屏蔽的作用,一般是在PVC配方中添加抗静电剂和具有导电功能的添加剂,例如:炭黑、石墨、金属粉末等。抗静电PVC薄膜的配方如下:

(1)添加铝粉的PVC导电性塑料薄膜基本配方:

PVC 100,

三盐十二盐热稳定剂 5PHR,

CPE 2.5PHR,

ACR(HF-20) 0.5PHR,

国内润滑剂共计 1.0~2.0PHR,

DOP 5PHR。

   铝粉的添加量同复合物电阻率的关系如表4中。

   配方中加工助剂CPE或EVA的加入有利于导电性能的提高,增塑剂的增加也有利于导电性的提高,例如:加工助剂为0PHR时,体电阻为10 12Ω·cm,若加工助剂为2.0PHR,则体电阻为10 9Ω·cm。

 

   (2)炭黑和石墨PVC抗静电薄膜配方 可以使用同PVC有良好相容性的EVA、CPE、磺氯化PE、过氯乙烯树脂为载体树脂,生产PVC的炭黑和/或石墨的抗静电母料,然后再添加入PVC挤出吹膜或压延膜的粒子中进行PVC抗静电包装薄膜的生产。

 

抗静电母料的成分配比及表面电阻列于表5中。
基础PVC薄膜配方是:
  PVC(悬浮5型)    100,
  三盐        5PHR,
  PBST        1PHR,
  HST         0.5PHR,
  CPE         2PHR,
  ACR(HF-20)   0.5PHR。
  当炭黑和/或石墨抗静电母料添加15PHR时,挤出吹膜法PVC包装用膜有良好的抗静电和电磁屏蔽作用。
   (3)使用表面活性剂型抗静电剂的PVC抗静电薄膜配方。
   在上述PVC塑料薄膜配方中添加阳离子型季胺盐抗静电剂,例如:SN,IM-Ca等,阴离子型磺酸盐;如:DPE,NP等;非离子型抗静电剂,如,DBO,HPT、HZ-1等,添加量为1~1.5PHR即有良好抗静电效果。

   三、 PVC包装用中空容器的配方
   PVC塑料中空容器有以下生产方法:挤吹和注吹、挤拉吹和注拉吹工艺,最近还开发一种叫PVC片材真空热吸塑或压空热模塑的生产中空容器的方法。无论哪种方法,PVC中空容器生产过程中都要求PVC配方料有良好的延伸性和适度的垂伸度,此外,口模处温度不能太高,口模温度过高,熔体流动速度过快,造成垂伸度过大,使瓶体二端过厚,而中间过薄。
   表6是硬质PVC挤吹瓶的生产配方、工艺条件。

   上述配方仅选择部分供大家参考。PVC配方只要掌握其配方的几个重要的原则,就能做到心中有数,就能生产出合格的令人满意的制品来。

来源:温州高泰新材料科技有限公司
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