一种测试评价聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的方法

摘要

本发明涉及一种系统测试评价聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的方法，属于化学工业技术领域；具体步骤为：（1）将聚氯乙烯树脂、热稳定剂在混合机中捏合均匀，配制成配混料；（2）将聚氯乙烯树脂、热稳定剂和润滑剂在混合机中捏合均匀，配制成配混料；（3）用转矩流变仪的混合器混炼配混料，记录流变曲线，由流变曲线读取塑化时间；（4）通过综合比较润滑剂单独使用时对PVC塑化时间影响的程度及与高性能主效树脂外润滑剂的并用效应的类型（加和效应、协同效应或对抗效应）及强弱，以评价润滑剂的树脂润滑性能。该方法既可判别润滑剂的树脂润滑功能又可区分其性能高低，并且简单可行，结果准确可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的测试评价方法，具体涉及一种用转矩流变仪测定润滑剂单独使用及与高性能主效树脂外润滑剂并用对PVC塑化时间的影响以评价其树脂润滑性能的方法，属于化学工业技术领域。

背景技术

聚氯乙烯（PVC）是五大通用塑料之一，具有强度高、可增塑、耐腐蚀、难燃、绝缘性好、透明性高等优点，其制品具有广泛的用途。但是，PVC由于极性较强，其各层级结构单元（包括各层级粒子和分子）以及它们与加工设备金属表面间均具有较强的相互作用和摩擦力，因此存在熔体粘度高、物料剪切摩擦生热大以及熔体对加工设备金属表面粘附严重等加工性问题。这些加工性问题和对热不稳定叠加导致PVC非常难于热塑加工。因此，要对PVC进行热塑加工，除必须使用热稳定剂外，同时也必须使用润滑剂。目前，市场上已有脂肪酸、金属皂、羧酸酯、脂肪酰胺、脂肪醇和烃蜡等类型润滑剂可供选用。可惜的是，由于对这些润滑剂的特性和作用原理的认识还不甚充分，直到当前，PVC加工中润滑剂的应用在很大程度上仍是经验性的。根据笔者的系统调研，这主要归因于PVC润滑剂是多功能的，就目前已认识到的而言，包括金属润滑（通常称为脱模）和树脂润滑，而树脂润滑包括内润滑、外润滑及辅助外润滑，而目前尚未建立能有效区别这些功能并评价其强弱的测试评价方法。

在PVC润滑剂中，有的品种可在加工条件下溶于PVC熔体从而具有削弱熔体内PVC分子间吸引力的作用，这一作用即树脂内润滑作用，具有这一功能的润滑剂即树脂内润滑剂；有的品种在加工条件下不溶于PVC熔体但可在PVC粒子表面铺展因而具有降低PVC粒子间吸引力的作用，这一作用即主效树脂外润滑作用，具有这一功能的润滑剂即主效树脂外润滑剂；而有的品种既不明显具有树脂内润滑作用也不明显具有主效树脂外润滑作用，但却具有协同增强主效树脂外润滑剂性能的作用，这一作用即辅助树脂外润滑作用，具有这一功能的润滑剂即辅助树脂外润滑剂。

显然，建立测试评价方法以判别不同PVC润滑剂所实际具有的树脂润滑功能并区分其性能强弱，对于PVC润滑剂的研究、开发和应用具有基础性意义。可惜的是，至今尚未见有关报道。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种用转矩流变仪测定润滑剂单独使用及与高性能主效树脂外润滑剂并用对PVC塑化时间的影响，以判别其树脂润滑功能并区分其性能高低的方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的测试评价方法，包括如下步骤：

（1）空白配混料制备：将聚氯乙烯树脂、热稳定剂在混合机中捏合均匀，配制成配混料；

（2）含润滑剂配混料制备：将聚氯乙烯树脂、热稳定剂和润滑剂在混合机中捏合均匀，配制成配混料；

（3）配混料塑化时间测定：用转矩流变仪的混合器混炼配混料，记录流变曲线，由流变曲线读取塑化时间；

（4）润滑剂树脂润滑性能评价：比较在相同条件下测得的含润滑剂配混料和空白配混料的塑化时间，按下述方法判别润滑剂的树脂润滑功能并区分其性能强弱：

单独使用时即可延长PVC的塑化时间而与高性能主效树脂外润滑剂并用时对PVC塑化时间的影响具有加和效应（即两组分并用的性能大于它们各自单独使用的性能之和）者为主效树脂外润滑剂，单独使用时延长PVC塑化时间越显著则性能越高；

②单独使用时对PVC的塑化时间影响不明显但与高性能主效树脂外润滑剂并用时对PVC塑化时间的影响具有协同效应（即两组分并用的性能大于它们各自单独使用的性能之和）者为辅助树脂外润滑剂，与高性能主效树脂外润滑剂并用的协同效应越强则性能越高；

单独使用对PVC的塑化时间影响不明显但与高性能主效树脂外润滑剂并用时对PVC塑化时间的影响具有对抗效应（即两组分并用的性能小于它们各自单独使用的性能之和）者为树脂内润滑剂，与高性能主效树脂外润滑剂并用的对抗效应越强则性能越高。

所述用转矩流变仪混合器混炼配混料，条件为混合器温度160~220℃、转子转速10~80rpm，优选为混合器温度180~200℃、转子转速30~60rpm；所述高性能主效树脂外润滑剂为高性能聚烯烃蜡润滑剂、高性能石油蜡润滑剂或高性能合成石蜡润滑剂。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

建立了通过用转矩流变仪测定润滑剂单独使用及与高性能主效树脂外润滑剂并用对PVC塑化时间的影响，并综合比较其单独使用时对PVC塑化时间影响的程度及与高性能主效树脂外润滑剂的并用效应的类型（加和效应、协同效应或对抗效应）及强弱，以判别其树脂润滑功能又可区分其性能高低的PVC润滑剂树脂润滑性能系统测试评价方法。

说明书附图

图1几种典型树脂润滑剂单独使用及与A-C617A并用对PVC塑化时间的影响，自上而下曲线对应润滑剂：无、0.8phrGMS、0.8phrHSt、5phrGMS、5phrHSt；

图2不含润滑剂及分别含GMS和HSt的PVC配混料的转矩流变曲线，Δt_f=t_f(含润滑剂配混料)-t_f(空白配混料)，自上而下曲线对应润滑剂(A+B)：(MgSt₂+A-C617A)、(CaSt₂+A-C617A)、(A-C617A+A-C617A)、(A-C6+A-C617A)、(无+A-C617A)、(GMS+A-C617A)、(HSt+A-C617A)，相应总用量/phr：0.8,0.8,0.8,0.8,0.8ω(B),0.8,0.8。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明，并不限制本发明的范围。

实施例1

一种测试评价聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的方法，包括如下步骤：

（1）空白配混料制备：将100phr（质量份）PVC树脂、1phr硫醇甲基锡热稳定剂在高速万能粉碎机内捏合均匀，配制成配混料；

（2）含润滑剂配混料制备：将100phr（质量份）PVC树脂、1phr硫醇甲基锡热稳定剂分别与0.8phr聚乙烯蜡A-C617A、A-C6A及不同比例的A-C617A和A-C6A混合物在高速万能粉碎机内捏合均匀，配制成配混料；

（3）配混料塑化时间测定：用转矩流变仪的混合器于温度190℃、转子转速45rpm条件下分别混炼空白和含润滑剂配混料，记录流变曲线，由流变曲线读取塑化时间；

（4）润滑剂树脂润滑性能评价：比较在相同条件下测得的含润滑剂配混料和空白配混料的塑化时间，按下述方法判别润滑剂的树脂润滑功能并区分其性能强弱：

单独使用时即可延长PVC的塑化时间而与聚乙烯蜡A-C617A并用时对PVC塑化时间的影响呈现加和效应者为主效树脂外润滑剂，单独使用时延长PVC塑化时间越显著则性能越高；

②单独使用时对PVC的塑化时间影响不明显但与聚乙烯蜡A-C617A并用时对PVC塑化时间的影响呈现协同效应者为辅助树脂外润滑剂，与聚乙烯蜡A-C617A并用的协同效应越强则性能越高；

单独使用对PVC的塑化时间影响不明显但与聚乙烯蜡A-C617A并用时对PVC塑化时间的影响呈现对抗效应者为树脂内润滑剂，与聚乙烯蜡A-C617A并用的对抗效应越强则性能越高。

测试结果见图1和表1。

实施例2

一种测试评价聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的方法，与实施例1基本相同，不同之处在于含润滑剂配混料制备改为：

将100phr（质量份）PVC树脂、1phr硫醇甲基锡热稳定剂分别与0.8phr聚乙烯蜡A-C617A、硬脂酸钙（CaSt₂）及不同比例的A-C617A和CaSt₂混合物在高速万能粉碎机内捏合均匀，配制成配混料。

测试结果见图1和表1。

实施例3

一种测试评价聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的方法，与实施例1基本相同，不同之处在于含润滑剂配混料制备改为：

将100phr（质量份）PVC树脂、1phr硫醇甲基锡热稳定剂分别与0.8phr聚乙烯蜡A-C617A、硬脂酸镁（MgSt₂）及不同比例的A-C617A和MgSt₂混合物在高速万能粉碎机内捏合均匀，配制成配混料。

测试结果见图1和表1。

实施例4

一种测试评价聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的方法，与实施例1基本相同，不同之处在于含润滑剂配混料制备改为：

将100phr（质量份）PVC树脂、1phr硫醇甲基锡热稳定剂分别与0.8phr聚乙烯蜡A-C617A、单硬脂酸甘油酯（GMS）及不同比例的A-C617A和GMS混合物在高速万能粉碎机内捏合均匀，配制成配混料。

测试结果见图1和表1。

实施例5

一种测试评价聚氯乙烯润滑剂树脂润滑性能的方法，与实施例1基本相同，不同之处在于含润滑剂配混料制备改为：

将100phr（质量份）PVC树脂、1phr硫醇甲基锡热稳定剂分别与0.8phr聚乙烯蜡A-C617A、硬脂酸（HSt）及不同比例的A-C617A和HSt混合物在高速万能粉碎机内捏合均匀，配制成配混料。

测试结果见图1和表1。

比较例

通过比较物料温度和扭矩评价PVC润滑剂树脂内润滑性能的方法，包括如下步骤：

（1）空白配混料制备：将100phr（质量份）PVC树脂、1phr硫醇甲基锡热稳定剂在高速万能粉碎机内捏合均匀，配制成配混料；

（2）含润滑剂配混料制备：将100phr（质量份）PVC树脂、1phr硫醇甲基锡热稳定剂与一定phr润滑剂在高速万能粉碎机内捏合均匀，配制成配混料；

（3）配混料流变曲线测定：用转矩流变仪的混合器于温度190℃、转子转速45rpm条件下分别混炼空白和含润滑剂配混料，记录流变曲线；

（4）润滑剂树脂内润滑性能评价：通过比较在相同条件下混炼含润滑剂配混料和空白配混料时物料的温度和扭矩评价，如果含润滑剂配混料与空白配混料相比，物料温度和扭矩下降，则润滑剂具有树脂内润滑功能，而物料温度和扭矩下降的程度越大，则树脂内润滑性能越高。

由比较例方法测得的空白配混料、分别含0.8phr、5.0phrGMS配混料及分别含0.8phr、5.0phrHSt配混料流变曲线见图2。

聚乙烯蜡A-C6A和A-C617A是霍尼韦尔公司出品的名牌高性能主效树脂外润滑剂，其中，A-C617A是A-C6A的改进型产品，具有更高的主效树脂外润滑性能。

CaSt₂和MgSt₂是常用的辅助树脂外润滑剂，而相比之下，MgSt₂性能更高。CaSt₂和MgSt₂是作为表面活性剂通过界面吸附作用稳定主效树脂外润滑剂-PVC粒子界面而发挥主效树脂外润滑作用的。之所以MgSt₂具有比CaSt₂更高的辅助树脂外润滑性能，是因为两者结构相似，Mg²⁺与Ca²⁺虽电荷相同但前者半径更小，因此相比之下，MgSt₂极性头极性更强，表面活性也就更强，可以更有效稳定主效树脂外润滑剂-PVC粒子界面。

GMS和HSt是常用的树脂内润滑剂，而相比之下，HSt性能更高。树脂内润滑剂因可削弱熔体内PVC分子间吸引力，因此不但具有促进PVC塑化的作用，同时还可降低PVC熔体粘度。树脂内润滑剂可降低PVC熔体粘度表现在转矩流变特性上，就是可降低物料温度（因摩擦生热减少）和扭矩。显然，降低物料温度和扭矩程度越大，说明润滑剂的树脂内润滑性能越高。

由图2可见，与不含润滑剂的空白PVC配混料相比，含GMS和HSt的PVC配混料的物料温度和扭矩均下降，表明GMS和HSt的确具有树脂内润滑作用。而由图1还可看到，通过测定单独含GMS和HSt的PVC配混料的转矩流变特性，当用量在常规范围（0.8phr）时，无法有效区分其性能差别；要有效区分性能，用量必须提高到非常规范围。比较用量为5phr的含GMS和HSt的PVC配混料的转矩流变特性，可以确定，HSt具有比GMS更高的树脂内润滑性能。

根据如上所述的性能特点推测，如果用本发明方法测定上述典型树脂润滑剂，应该得到以下结果：

(1)聚乙烯蜡A-C617A和A-C6A单独使用即可延长PVC的塑化时间，与高性能主效树脂外润滑剂并用存在加和效应，而相比之下，A-C617A延长PVC塑化时间的能力强于A-C6A。

(2)CaSt₂和MgSt₂单独使用对PVC的塑化时间影响不明显，与高性能主效树脂外润滑剂并用具有协同效应，而相比之下，MgSt₂与高性能主效树脂外润滑剂的协同效应强于CaSt₂。

(3)GMS和HSt单独使用对PVC的塑化时间影响不明显，与高性能主效树脂外润滑剂并用产生对抗效应（即导致PVC塑化时间缩短），而相比之下，HSt与高性能主效树脂外润滑剂的对抗效应强于GMS。

用实施例1~实施例3方法测定几种典型树脂润滑剂单独使用及与高性能主效树脂外润滑剂A-C617A并用对PVC塑化时间（t_f）的影响的结果如图1所示。

根据图1的测试结果，几种典型树脂润滑剂与A-C617A按最佳并用比（质量比1:4，具有最强并用效应）并用对PVC塑化时间影响的具体效应见表1。

Δt_f=t_f(含润滑剂配混料)-t_f(空白配混料)

由图1和表1可以看到，测试结果与上述根据性能特点所作的推测正相吻合。这就验证了本发明方法的可行性。

另外，如前所述，通过用转矩流变仪测定树脂内润滑剂对物料温度和扭矩的影响，虽也可判别其功能，但要有效区分其性能，却必须将用量提高到非常规范围。然而，由图1和表1的可见，若用本发明方法进行测试评价，则在常规用量条件下就既可判别其功能又有效区分其性能。基于在常规用量条件下得到的测试评价结果通常能更好反映受测对象在实际加工条件下的作用，可以认为，新方法更具科学性。

组分B之所以要采用“高性能”主效树脂外润滑剂，因为采用“高性能”主效树脂外润滑剂能产生强并用效应，有利于有效区别不同PVC润滑剂的树脂润滑功能及区分其性能强弱。