一种快速检测PVC制品中热稳定剂的热老化性能的方法与流程

一种快速检测pvc制品中热稳定剂的热老化性能的方法
技术领域
1.本发明属于高分子加工技术领域，具体涉及一种快速检测pvc制品中热稳定剂的热老化性能的方法。


背景技术：

2.热稳定剂是聚氯乙烯(pvc)制品加工过程中必不可少的稳定化助剂，其能够防止聚氯乙烯在加工过程中由于热压和机械剪切作用所引起的降解，同时使pvc制品在加工过程中和贮存使用过程中具有良好的持久耐候性。在一些应用中对于pvc制品的热老化性能有要求，所以除了关注热稳定剂的静态热稳定性、动态热稳定性、加工性能外，还需要关注热稳定剂的热老化性能。
3.目前，评价热稳定剂的热老化性能一般会参考聚氯乙烯材料的测试标准。现行的聚氯乙烯材料的测试标准均对热老化测试条件有规定，但是标准中的热老化测试时间普遍为1-2周，比如ul1581-2001《电线电缆和软线》对105℃电线的热老化测试条件为136℃、7天，即热老化测试的时间偏长，而且需要用到万能电子拉力机做拉伸测试。采用现行的聚氯乙烯材料的测试标准测试pvc制品中热稳定剂的热老化性能存在以下问题：测试时间长，操作复杂，效率太低，测试成本高，严重制约pvc制品的研发周期和生产加工进程。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种快速检测pvc制品中热稳定剂的热老化性能的方法，其原理为：在相同的配方下制成标准厚度的软质pvc制品测试样片，pvc制品测试样片经过换气式老化箱的短期高温热老化处理，然后测试老化后pvc制品测试样片的柔软度以及老化前后刚果红时间的保留率来综合判定热稳定剂的热老化性能。此方法无需使用万能电子拉力机做拉伸测试，降低了测试成本，缩短了评价热稳定剂的热老化性能时间，具有操作简便，实验结果准确度高，重复性好的优点，显著缩短pvc制品中热稳定剂的筛选时间，从而有助于缩短pvc制品的研发周期，提高pvc制品的生产加工效率。
5.为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种快速检测pvc制品中热稳定剂的热老化性能的方法，包括以下步骤：
6.s1：配料，按照配方称取pvc树脂粉、碳酸钙、增塑剂、热稳定剂；
7.s2：混料，将称取好的pvc树脂粉、碳酸钙、增塑剂、热稳定剂用高速混合机搅拌混合，得原料干混料；
8.s3：混炼，将步骤s2制备的原料干混料投入双辊混炼机中混炼，并按照设定的混炼参数混炼后制备得到pvc制品片材；
9.s4：制样，将步骤s3制备的pvc制品片材裁切成若干样片，将若干样片装入热压机的热压模具中，并按照设定的热压参数将若干样片热压成标准厚度的pvc制品测试样片；
10.s5：测试，将步骤s4制备的pvc制品测试样片放入老化箱中，经过一定时间的加速老化后测试pvc制品测试样片的柔软度以及老化前后的刚果红时间，并计算pvc制品测试样
片老化后刚果红时间的保留率，分析实验数据，判定热稳定剂在pvc制品中的热老化性能优劣。
11.优选的技术方案是，所述的步骤s1中，pvc树脂粉为s-70、增塑剂为totm、碳酸钙为重质碳酸钙。
12.进一步优选的技术方案还有，所述的步骤s2具体操作为：将pvc树脂粉、碳酸钙、热稳定剂投入高速混合机中，以600rpm/min转速搅拌混合升温至80℃；然后缓慢加入增塑剂，待增塑剂被完全吸收后，以3000rpm/min转速搅拌混合升温至120℃；最后，以600rpm/min转速搅拌混合降温至60℃，得原料干混料。
13.进一步优选的技术方案还有，所述的步骤s3中，双辊混炼机的前辊温度为175℃、转速为20r/min，后辊温度为170℃、转速为18r/min，前辊与后辊之间的间距为0.4mm，混炼时间为5min。
14.进一步优选的技术方案还有，所述的步骤s4中，热压机的热压参数设定为：温度175℃，预热3min，压力10bar；热压6min，压力100bar；冷却2min，压力100bar。
15.进一步优选的技术方案还有，所述的步骤s5中：老化箱为换气式老化箱，换气率为100～200次/h；刚果红时间测试的具体操作为：打开热稳定性测试仪，待机器温度升至200℃后，恒温30min，将老化前后的pvc制品测试样片分别剪取0.05
±
～0.005g至刚果红玻璃小试管中，每个pvc制品测试样片剪取3份，标记好序号，剪取20mm
×
3mm的刚果红试纸对折后悬挂玻璃管的上端，将小试管依次放入热稳定性测试仪中测试，开始计时，记录红色刚果红试纸变成蓝色的时间，计算试纸变色时间平均值。
16.本发明的优点和有益效果在于：
17.本发明是一种快速检测pvc制品中热稳定剂的热老化性能的方法，其原理为：在相同的配方下制成标准厚度的软质pvc制品测试样片，pvc制品测试样片经过换气式老化箱的短期高温热老化处理，然后测试老化后pvc制品测试样片的柔软度以及老化前后刚果红时间的保留率来综合判定热稳定剂的热老化性能。在老化过程中，增塑剂会挥发，材料会慢慢变硬，柔软度可以反映老化后pvc制品测试样片的机械性能。在老化过程中，温度比较高，pvc在受热情况下出现分解，而热稳定剂会吸收分解的hci，阻止pvc的进一步催化分解，而且热稳定剂还可以捕捉自由基，延缓老化的速度，所以老化后的pvc制品测试样片残留的热稳定剂越多，其刚果红时间的保留率越大，其热老化性能越强。此方法无需使用万能电子拉力机做拉伸测试，降低了测试成本，缩短了评价热稳定剂的热老化性能时间，具有操作简便，实验结果准确度高，重复性好的优点，显著缩短pvc制品中热稳定剂的筛选时间，从而有助于缩短pvc制品的研发周期，提高pvc制品的生产加工效率。
具体实施方式
18.下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
19.实施例
20.本实施例中采用的仪器包括：plasmec高速混合机(型号trl-10/fv/r)，dr.collin双辊混炼机(型号w 150e*400)，dr.collin热压机(型号p 200e)，liebish热稳定性测试仪(型号s-210)，mettler toleto分析天平(型号ms 204s)。
21.本实施例中的原材料包括：树脂粉s-70(台塑)，totm(镇江联成)，碳酸钙粉(安徽富华)，p v c热稳定剂-a(baerlocher牌号：mc 91717ka/1)、pvc热稳定剂-b(baerlocher牌号：mc 91660ka/1)、pvc热稳定剂-c(baerlocher牌号：mc 235ka/3)。
22.采用本发明的一种快速检测pvc制品中热稳定剂的热老化性能的方法筛选判定pvc制品中热稳定剂热老化性能的优劣，包括如下操作步骤：
23.(1)样品准备
24.准备三个干燥洁净的pe物料袋和塑料桶分别标记1、2、3，按下表1配方分别准确称取试样1、2、3的粉体物料至对应序号的pe物料袋中，准确称取试样1、2、3的增塑剂至对应序号的塑料桶中。将配制好的粉料分别倒入干燥洁净的小型高速混合机的混合锅中，盖上锅盖，并将锁紧装置锁紧，开启总电源，打开电机电源按钮，调节电机转速旋钮至转速为600r/min，搅拌至混合锅内pvc粉体物料温度到达80℃后，缓慢倒入增塑剂，待增塑剂被粉体物料完全吸收后调节电机转速旋钮至转速为3000r/min，待混合锅内pvc物料温度到达120℃后，混合锅的夹层中通入冷凝水，转速降至600r/min，pvc物料温度降至60℃后出料，将配制好的pvc预混料依次装入序号为1、2、3的pe物料袋中，依次制得含有pvc热稳定剂-a的pvc预混料(试样1)，含有pvc热稳定剂-b的pvc预混料(试样2)，含有pvc热稳定剂-c的pvc预混料(试样3)。
25.表1pvc热稳定剂试样1～3中原料配料表
26.原材料试样1试样2试样3pvc s-701500g1500g1500gtotm750g750g750g碳酸钙750g750g750g稳定剂a75g
ꢀꢀ
稳定剂b 75g 稳定剂c
ꢀꢀ
75g
27.(2)制备样品
28.分别称取200g试样1～3中的预混料分别投入双辊混炼机上混炼，双辊混炼机的前辊温度为175℃，后辊温度为170℃，前辊转速为20r/min，后辊转速为18r/min，两辊间距0.4mm，混炼时间为5min。混炼5分钟后取下pvc制品片材，并将pvc制品片材切成尺寸为17cm
×
17cm的样片。将试样1～3对应的样片分别装入热压模具中，并放入热压机中，热压机的参数设定为：温度175℃，预热3min，压力10bar；热压6min，压力100bar；冷压2min，压力100bar。热压得到厚度为1mm的pvc制品测试样片。
29.(3)老化测试
30.将试样1～3对应的pvc制品测试样片分别裁切成尺寸为2cm
×
10cm，并放入换气式老化烘箱，烘箱温度为150℃，换气率为100-200次/h，老化处理48h后拿出pvc制品测试样片并放入干燥箱常温冷却24h。
31.(4)柔软度测试
32.用手触摸判定老化处理后试样1～3对应的pvc制品测试样片的柔软度，并记录下来，测试结果参见表2。
33.表2试样1～3对应的pvc制品测试样片柔软度测试结果
34.试样序号柔软度试样1较硬试样2一般软试样3好
35.(5)刚果红时间测试
36.打开热稳定性测试仪，待机器温度升至200℃后，恒温30min，将试样1-3老化前后的pvc制品测试样片分别剪取0.05
±
～0.005g至刚果红玻璃小试管中，每个样品称取3份，标记好序号，剪取尺寸为20mm
×
3mm的刚果红试纸对折后悬挂玻璃管的上端，将小试管依次放入热稳定性测试仪中测试，记录红色刚果红试纸变成蓝色的时间，计算试纸变色时间平均值，数据记录如下表3所示。
37.表3试样1～3对应的pvc制品测试样片老化前后的刚果红时间和刚果红时间保持率
[0038][0039]
(6)数据分析与判定
[0040]
柔软度测试：pvc制品测试样片在老化处理过程中，增塑剂会挥发，样片会慢慢变硬，柔软度可以反映老化处理后样片的机械性能。表2数据表明：老化处理后试样3对应的pvc制品测试样片的柔软度最好，其次是试样2对应的pvc制品测试样片，最后是试样1对应的pvc制品测试样片。
[0041]
刚果红时间测试：pvc制品测试样片在老化处理过程中，由于温度比较高，pvc在受热情况下出现分解，而热稳定剂会吸收分解的hci，阻止pvc的进一步催化分解，而且热稳定剂还可以捕捉自由基，延缓老化的速度，所以老化处理后的pvc制品测试样片残留的热稳定剂越多，刚果红时间的保持率越大，其热老化性能越强。表3数据表明：老化处理后试样3对应的pvc制品测试样片的刚果红时间保持率最好，其次是试样2对应的pvc制品测试样片，最后是试样1对应的pvc制品测试样片。
[0042]
综上所述，柔软度测试结果与刚果红时间保持率测试结果一致，说明在pvc制品中pvc热稳定剂-c的热老化性能最优、pvc热稳定剂-b次之、p v c热稳定剂-a最差。
[0043]
(7)与实际热老化性能的验证
[0044]
将试样1～3对应的pvc制品测试样片分别冲压成标准哑铃片，并放入换气式老化箱，烘箱温度为136℃，换气率为100-200次/h。老化处理168h后拿出样片，放入干燥箱常温冷却24h之后进行拉伸测试，拉伸测试结果如表4所示。
[0045]
表4试样1～3对应的pvc制品测试样片老化前后拉伸性能测试结果
[0046][0047]
表4数据表明：老化处理后试样3对应的pvc制品测试样片的拉伸性能最好，其次是试样2对应的pvc制品测试样片，最后是试样1对应的pvc制品测试样片。说明柔软度测试、刚果红时间保持率和拉伸性能测试测试结果一致，证明了本发明一种快速检测pvc制品中热稳定剂的热老化性能的方法具有可行性，实现了发明目的。
[0048]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。