吳茂英，汪立君，胡 朔

（廣東工業(yè)大學輕工化工學院，廣東廣州510006）

聚氯乙烯潤滑劑樹脂潤滑性能的系統(tǒng)測試評價方法

吳茂英，汪立君，胡 朔

（廣東工業(yè)大學輕工化工學院，廣東廣州510006）

研究了聚氯乙烯（PVC）潤滑劑的樹脂潤滑性能（包括內(nèi)潤滑、主效外潤滑及輔助外潤滑性能）的系統(tǒng)測試評價方法，結果表明，通過用轉(zhuǎn)矩流變儀在常規(guī)條件下測定常規(guī)用量不同潤滑劑單獨使用及與高性能主效樹脂外潤滑劑并用對PVC塑化時間的影響，并綜合比較單獨使用時對PVC塑化時間影響的程度及與高性能主效樹脂外潤滑劑的并用效應的類型（加和效應、協(xié)同效應或?qū)剐┘皬娙酰醇瓤膳袆e其樹脂潤滑功能，又可區(qū)分其性能高低。

聚氯乙烯；潤滑劑；樹脂潤滑性能；轉(zhuǎn)矩流變儀；測試評價

0 前言

PVC是五大通用塑料之一，具有強度高、可增塑、耐腐蝕、難燃、絕緣性好、透明性高等優(yōu)點，其制品具有廣泛的用途［1］。但是，PVC由于極性較強，其各層級結構單元（包括各層級粒子和分子）以及它們與加工設備金屬表面間均具有較強的相互作用和摩擦力，因此存在熔體黏度高、物料剪切摩擦生熱大以及熔體對加工設備金屬表面黏附嚴重等加工性問題［2］。這些加工性問題和對熱不穩(wěn)定疊加導致PVC非常難于熱塑加工。因此，要對PVC進行熱塑加工，除必須使用熱穩(wěn)定劑外，同時還必須使用潤滑劑。目前，市場上已有脂肪酸、金屬皂、羧酸酯、脂肪酰胺、脂肪醇和烴蠟等類型潤滑劑可供選用［3－5］?？上У氖?，由于對這些潤滑劑的特性和作用原理的認識還不甚充分，直到當前，PVC加工中潤滑劑的應用在很大程度上仍是經(jīng)驗性的。根據(jù)筆者的系統(tǒng)調(diào)研，這主要歸因于PVC潤滑劑是多功能的［就目前已認識到的而言，包括金屬潤滑（通常稱為脫模）和樹脂潤滑，而樹脂潤滑包括內(nèi)潤滑、外潤滑及輔助外潤滑］［57］，而目前尚未建立能有效區(qū)別這些功能并區(qū)分其強弱的測試評價方法。為給合理利用現(xiàn)有品種和研發(fā)具有更高性價比的新品種提供更有力的原理依據(jù)，筆者最近嘗試對PVC潤滑劑的性能測試評價方法、性能遞變規(guī)律以及作用機理進行進一步的探索研究，獲得了一些新認識。本文報道了一種用轉(zhuǎn)矩流變儀系統(tǒng)測試評價PVC潤滑劑樹脂潤滑性能（包括內(nèi)潤滑、主效外潤滑及輔助外潤滑性能）的新方法。

1 實驗部分

1．1 主要原料

PVC，SG5，工業(yè)品，天津大沽化工有限股份公司；

硫醇甲基錫熱穩(wěn)定劑，YT－181，工業(yè)品，云南錫業(yè)股份有限公司；

硬脂酸鈣（CaSt2）、硬脂酸鎂（MgSt2），一級品，廣州華立化工實業(yè)有限公司；

聚乙烯蠟，A－C 6A、A－C 617A，工業(yè)品，美國Honeywell公司；

單硬脂酸甘油酯（GMS），分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；

硬脂酸（HSt），1801，工業(yè)品，印度尼西亞PT Sumi Asih油脂化學工業(yè)公司。

1．2 主要設備及儀器

高速萬能粉碎機，F(xiàn)W 100，天津市泰斯特儀器有限公司；

轉(zhuǎn)矩流變儀，RM 200B，哈普電氣有限責任公司。

1．3 樣品制備

將100份PVC（質(zhì)量份，下同）、1份YT－181分別與不同種類潤滑劑置于高速萬能粉碎機捏合均勻，制成配混料。

1．4 性能測試與結構表征

用轉(zhuǎn)矩流變儀于混煉室設置溫度為190℃、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45r／min的條件下混煉配混料，記錄流變曲線，至塑化峰后3min停機結束測試。

2 結果與討論

2．1 新方法的設計思路

根據(jù)已建立的理論認識［5－7］，PVC潤滑劑的樹脂潤滑作用包括內(nèi)潤滑、主效外潤滑和輔助外潤滑。在PVC潤滑劑中，有的品種可在加工條件下溶于PVC熔體從而具有削弱熔體內(nèi)PVC分子間吸引力的作用，這一作用即樹脂內(nèi)潤滑作用，具有這一功能的潤滑劑即樹脂內(nèi)潤滑劑；有的品種在加工條件下不溶于PVC熔體但可在PVC粒子表面鋪展因而具有降低PVC粒子間吸引力的作用，這一作用即主效樹脂外潤滑作用，具有這一功能的潤滑劑即主效樹脂外潤滑劑；而有的品種既不明顯具有樹脂內(nèi)潤滑作用也不明顯具有主效樹脂外潤滑作用，但卻具有協(xié)同增強主效樹脂外潤滑劑性能的作用，這一作用即輔助樹脂外潤滑作用，具有這一功能的潤滑劑即輔助樹脂外潤滑劑。

顯然，建立測試評價方法以系統(tǒng)判別不同PVC潤滑劑所實際具有的樹脂潤滑功能并區(qū)分其性能強弱，對于PVC潤滑劑的研究、開發(fā)和應用具有基礎性意義?？上У氖牵两裆形匆娪嘘P報道。最近，經(jīng)深入的理論探究和大量的實驗摸索，筆者逐步理清了思路并最終認識到，通過用轉(zhuǎn)矩流變儀在常規(guī)條件下測定常規(guī)用量不同潤滑劑單獨使用及與高性能主效樹脂外潤滑劑并用時對PVC塑化時間（tf）的影響并進行比較分析，即既可判別其樹脂潤滑功能又可區(qū)分其性能強弱：

（1）單獨使用即可延長PVC塑化時間而與高性能主效樹脂外潤滑劑并用只存在加和效應（兩組分并用的性能等于它們各自單獨使用的性能之和）者為主效樹脂外潤滑劑，單獨使用時延長PVC塑化時間越顯著則性能越高。

原理依據(jù)：

①主效樹脂外潤滑劑通過降低PVC粒子間吸引力可減少PVC粒子間的摩擦熱、減慢物料升溫速度并降低機械力在物料中的傳遞效率，因此單獨使用即可延長PVC塑化時間；

②主效樹脂外潤滑劑與高性能主效樹脂外潤滑劑具有同樣的功能，因此其并用只存在加和效應；

③主效樹脂外潤滑劑單獨使用時延長PVC塑化時間越顯著，表明其降低PVC粒子間吸引力的能力越強，也即主效樹脂外潤滑性能越高。

（2）單獨使用對PVC的塑化時間影響不明顯但與高性能主效樹脂外潤滑劑并用具有協(xié)同效應（兩組分并用的性能高于它們各自單獨使用的性能之和）者為輔助樹脂外潤滑劑，與高性能主效樹脂外潤滑劑并用的協(xié)同效應越強則性能越高。

原理依據(jù)：

①輔助樹脂外潤滑劑既不明顯具有樹脂內(nèi)潤滑作用也不明顯具有主效樹脂外潤滑作用，因此單獨使用對PVC的塑化時間影響不明顯；

②輔助樹脂外潤滑劑的功能即在于協(xié)同提高主效樹脂外潤滑劑延長PVC塑化時間的性能；

③輔助樹脂外潤滑劑與高性能主效樹脂外潤滑劑并用的協(xié)同效應越強，表明其協(xié)同增強主效樹脂外潤滑劑性能的能力越強，也即輔助樹脂外潤滑性能越高。

（3）單獨使用對PVC的塑化時間影響不明顯但與高性能主效樹脂外潤滑劑并用產(chǎn)生對抗效應（兩組分并用的性能低于它們各自單獨使用的性能之和）者為樹脂內(nèi)潤滑劑，與高性能主效樹脂外潤滑劑并用的對抗效應越強則性能越高。

原理依據(jù)：

①雖然樹脂內(nèi)潤滑劑因可削弱熔體內(nèi)PVC分子間吸引力從而具有促進PVC塑化（縮短塑化時間）的作用，但由于PVC樹脂本身的塑化時間很短，因此單獨使用時樹脂內(nèi)潤滑劑對PVC塑化時間的影響不明顯；

②高性能主效樹脂外潤滑劑能有效延長PVC塑化時間，而樹脂內(nèi)潤滑劑的功能恰好相反（促進塑化），因此，兩者并用會產(chǎn)生對抗效應；

③樹脂內(nèi)潤滑劑與高性能主效樹脂外潤滑劑并用的對抗效應越強，表明其削弱熔體內(nèi)PVC分子間吸引力的能力越強，也即樹脂內(nèi)潤滑性能越高。

之所以要測定不同潤滑劑與“高性能”主效樹脂外潤滑劑并用時對PVC塑化時間的影響來評價PVC潤滑劑樹脂潤滑性能，是因為“高性能”主效樹脂外潤滑劑有利于更有效區(qū)別不同PVC潤滑劑的樹脂潤滑功能及區(qū)分其性能強弱。

基于新方法是通過用轉(zhuǎn)矩流變儀測定不同潤滑劑單獨使用及與高性能主效樹脂外潤滑劑并用時對PVC塑化時間的影響來評價PVC潤滑劑樹脂潤滑性能的，筆者覺得，為便于交流，可簡稱為“轉(zhuǎn)矩流變儀塑化時間法”。

2．2 新方法的實驗驗證

為驗證新方法的可行性，我們用新方法對聚乙烯蠟A－C 6A和A－C 617A、硬脂酸鈣（CaSt2）、硬脂酸鎂（MgSt2）、單硬脂酸甘油酯（GMS）和硬脂酸（HSt）等典型PVC潤滑劑進行了反復的測試。

依據(jù)有關的理論和測試結果［5－9］，可以判斷，上述典型PVC潤滑劑具有以下功能和性能特點：

（1）聚乙烯蠟A－C 6A和A－C 617A是典型的主效樹脂外潤滑劑，其中，A－C 617A作為A－C 6A的改進型產(chǎn)品，具有更高的主效樹脂外潤滑性能。

（2）CaSt2和MgSt2是典型的輔助樹脂外潤滑劑，而相比之下，MgSt2性能更高。CaSt2和MgSt2是作為表面活性劑通過界面吸附作用穩(wěn)定主效樹脂外潤滑劑—PVC粒子界面而發(fā)揮主效樹脂外潤滑作用的。之所以MgSt2具有比CaSt2更高的輔助樹脂外潤滑性能，是因為兩者結構相似，Mg2＋與Ca2＋雖電荷相同但前者半徑更小，因此相比之下，MgSt2的極性頭極性更強，表面活性也就更強，可以更有效穩(wěn)定主效樹脂外潤滑劑與PVC粒子界面。

（3）GMS和HSt是典型的樹脂內(nèi)潤滑劑，而相比之下，HSt性能更高。樹脂內(nèi)潤滑劑因可削弱熔體內(nèi)PVC分子間吸引力，因此不但具有促進PVC塑化的作用，同時還可降低PVC熔體黏度。樹脂內(nèi)潤滑劑可降低PVC熔體黏度表現(xiàn)在轉(zhuǎn)矩流變特性上，就是可降低物料溫度（因摩擦生熱減少）和扭矩。顯然，降低物料溫度和扭矩程度越大，說明潤滑劑的樹脂內(nèi)潤滑性能越高。用轉(zhuǎn)矩流變儀在相同條件下測定不含潤滑劑及分別含GMS和HSt的PVC配混料，所得轉(zhuǎn)矩流變曲線如圖1所示。

圖1 不含潤滑劑及分別含GMS和HSt的PVC配混料的轉(zhuǎn)矩流變曲線Fig．1 Torque rheological curves of PVC compounds containing GMS，HSt and no lubricant respectively

由圖1可見，與不含潤滑劑的空白PVC配混料相比，含GMS和HSt的PVC配混料的物料溫度和扭矩均下降，表明GMS和HSt的確具有樹脂內(nèi)潤滑作用。而由圖1還可看到，通過測定單獨含GMS和HSt的PVC配混料的轉(zhuǎn)矩流變特性，當用量在常規(guī)范圍（0．8份）時，無法有效區(qū)分其性能差別；要有效區(qū)分性能，用量必須提高到非常規(guī)范圍。比較用量為5份分別含GMS和HSt的PVC配混料的轉(zhuǎn)矩流變特性，可以確定，HSt具有比GMS更高的樹脂內(nèi)潤滑性能。

根據(jù)如上所述的功能和性能特點推測，如果用新方法測定上述典型樹脂潤滑劑，應該得到以下結果：

（1）聚乙烯蠟A－C 6A和A－C 617A單獨使用即可延長PVC的塑化時間，與高性能主效樹脂外潤滑劑并用存在加和效應，而相比之下，A－C 617A延長PVC塑化時間的能力強于A－C 6A。

（2）CaSt2和MgSt2單獨使用對PVC的塑化時間影響不明顯，與高性能主效樹脂外潤滑劑并用具有協(xié)同效應，而相比之下，MgSt2與高性能主效樹脂外潤滑劑的協(xié)同效應強于CaSt2。

（3）GMS和HSt單獨使用對PVC的塑化時間影響不明顯，與高性能主效樹脂外潤滑劑并用產(chǎn)生對抗效應（即導致PVC塑化時間縮短），而相比之下，HSt與高性能主效樹脂外潤滑劑的對抗效應強于GMS。

以A－C 617A為高性能主效樹脂外潤滑劑（A組分），用新方法測定上述典型樹脂潤滑劑（B組分），固定潤滑劑的總含量（A＋B）為0．8份，詳見圖2［塑化時間差（Δtf）＝tf（PVC＋潤滑劑）－tf（PVC）］。

圖2 幾種典型樹脂潤滑劑單獨使用及與A－C 617A并用對PVC塑化時間的影響Fig．2 Effect of several typical resin lubricants used alone and combined with A－C 617Aon fusion time of PVC

根據(jù)圖2的實驗結果，幾種典型樹脂潤滑劑單獨使用及與聚乙烯蠟A－C 617A按最佳并用比（質(zhì)量比1∶4，具有最強并用效應）并用對PVC塑化時間影響的具體效應見表1。

表1 幾種典型樹脂潤滑劑單獨使用及按質(zhì)量比1∶4并用與A－C 617A對PVC塑化時間的影響Tab．1 Effect of several typical resin lubricants used alone and combined with A－C 617Aby mass ratio 1∶4on fusion time of PVC

由圖2和表1可以看到，實驗結果與上述根據(jù)功能和性能特點所作的推測正相吻合。這就表明，用新方法進行測試評價，確可系統(tǒng)性地有效判別PVC潤滑劑的樹脂潤滑功能并區(qū)分其性能強弱。

另外，如前所述，通過用轉(zhuǎn)矩流變儀測定樹脂內(nèi)潤滑劑對物料溫度和扭矩的影響，雖也可判別其功能，但要有效區(qū)分其性能，卻必須將用量提高到非常規(guī)范圍。然而，由圖2的實驗結果看見，若用新方法進行測試，則當用量在常規(guī)范圍時就既可判別其功能又有效區(qū)分其性能?；诋斢昧吭诔Ｒ?guī)范圍時得到的測試結果應能更好反映受測對象在實際加工條件下的作用，可以認為，新方法更具科學性。

3 結論

（1）單獨使用即可延長PVC塑化時間而與高性能主效樹脂外潤滑劑并用只存在加和效應者為主效樹脂外潤滑劑，單獨使用時延長PVC塑化時間越顯著則性能越高；

（2）單獨使用對PVC的塑化時間影響不明顯但與高性能主效樹脂外潤滑劑并用具有協(xié)同效應者為輔助樹脂外潤滑劑，與高性能主效樹脂外潤滑劑并用的協(xié)同效應越強則性能越高；

（3）單獨使用對PVC的塑化時間影響不明顯但與高性能主效樹脂外潤滑劑并用產(chǎn)生對抗效應（即導致PVC塑化時間縮短）者為樹脂內(nèi)潤滑劑，與高性能主效樹脂外潤滑劑并用的對抗效應越強則性能越高。

［1］威爾克斯C E，薩默斯J W，丹尼爾斯C A．聚氯乙烯手冊［M］．喬 輝，丁 筠，盛平厚，等譯 ．北京：化學工業(yè)出版社，2008：483－497．

［2］Summers J W．A Review of Vinyl Technology［J］．J Vinyl Addit Technol，1997，3（2）：130－139．

［3］Grossman R F．Handbook of Vinyl Formulating［M］．2nd ed．Hoboken：John Wiley ＆Sons，2008：327－349．

［4］威爾克斯C E，薩默斯J W，丹尼爾斯C A．聚氯乙烯手冊［M］．喬 輝，丁 筠，盛平厚，等譯 ．北京：化學工業(yè)出版社，2008：102－112．

［5］吳茂英．PVC潤滑劑及其應用——原理與技術［M］．北京：化學工業(yè)出版社，2016：112－133．

［6］Lindner R A．A New Characterization of Lubricants for PVC［C］／／Itasca：Vinyltec Conference Proceedings，2002：417－434．

［7］Summers J W．Lubrication Mechanism in Poly（vinyl chloride）Compounds：Understanding Three Distinct Roles of Lubricants［C］／／Society of Plastics Engineers．Annual Technical Conference．Connecticut：Society of Plastics Engineers，2006：2882－2886．

［8］霍尼韋爾公司．霍尼韋爾A－C 與Rheochem 潤滑劑在PVC中的應用［R／OL］．［2017－03－06］http：／／www．honeywell－additives．cn／wendang／ac＿runhuaji．pdf

［9］Rabinovitch E B，Lacatua E，Summers J W．The Lubrication Mechanism of Calcium Stearate／Paraffin Wax Systems in PVC Compounds［J］．J Vinyl Technol，1984，6（3）：98－103．

關于舉辦“2017中國國際氟塑料加工發(fā)展論壇”的通知（第一輪）

今年是實施“十三·”規(guī)劃的重要一年，氟塑料作為新材料被列入《中國制造2025》重點發(fā)展領域，無疑給行業(yè)帶來了巨大的發(fā)展空間?！笆ぁ逼陂g，氟塑料行業(yè)面臨著嚴峻挑戰(zhàn)，國家經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)后，整個行業(yè)面臨著轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、優(yōu)化調(diào)整結構、產(chǎn)業(yè)升級的繁重任務，如何把握新機遇，推動氟塑料產(chǎn)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展，是全行業(yè)關心的問題。中國塑協(xié)氟塑料加工專業(yè)委員會定于2017年上旬在合肥舉辦“2017中國國際氟塑料加工發(fā)展論壇”，論壇的主題定為“中國氟塑料2025”。作為氟塑料行業(yè)機具影響力和號召力的行業(yè)盛會，已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)外廣泛的關注與期待，我們誠摯的邀請貴公司參加?，F(xiàn)將有關事項通知如下：

一、論壇主要議題（論文征集內(nèi)容）：

1、世界氟塑料市場現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢；

2、“中國制造2025”和“一帶一路”戰(zhàn)略給氟塑料產(chǎn)業(yè)帶來的發(fā)展機遇；

3、氟塑料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新與應用領域開發(fā)；

4、氟塑料在節(jié)能環(huán)保、過濾、汽車、密封、半導體、電線電纜和光伏等領域的應用；

5、氟塑料行業(yè)如何落實國家“三品”戰(zhàn)略（增品種、提品質(zhì)、創(chuàng)品牌）；

6、環(huán)保法規(guī)對氟塑料行業(yè)的影響；

7、改性氟塑料制品的加工與應用；

8、氟塑料加工行業(yè)的上下游產(chǎn)業(yè)鏈的對接與需求發(fā)展；

9、氟塑料加工企業(yè)的智能管理；

10、氟塑料制品二次加工的發(fā)展趨勢；

11、最新氟樹脂、氟塑料制品加工設備發(fā)展介紹。

二、會議時間、地點：

時間：2017年11月上旬

地點：合肥

三、會刊

稿件要求5000字以下，并附有中英文摘要。請相關人員踴躍投稿，來稿一律不退，稿件請用word文件格式編寫，通過電子郵件方式發(fā)到專委會郵箱（郵件主題處請注明文章的題目）。征文截止日期為2017年9月15日，為便于會議宣傳，請有意向投稿的作者先將稿件提綱傳至專委會。

四、聯(lián)系方式

電話：（010）64030431，64034804 傳真：（010）64068094

聯(lián)系人：呂 方，陳 生 E－mail：fuxiehui＠fscpa．com．cn

Systematic Test and Evaluation Methods for Resin Lubrication Performance of PVC Lubricants

WU Maoying，WANG Lijun，HU Shuo
（School of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China）

This paper reported an investigation on systematic tests and evaluation methods for resin lubrication performance of poly（vinyl chloride）（PVC）lubricants．It was found that the resin lubrication functions，the internal lubrication，primary external lubrication and secondary external lubrication，and the efficiencies of these functions of PVC lubricants could be identified by determining their effects on the fusion time of PVC when used alone and in combination with a high－performance resin external lubricant at the common use level using a torque rheometer under the common processing condition，and comparing comprehensively the results．

poly（vinyl chloride）；lubricant；resin lubrication performance；torque rheometer；test and evaluation

TQ325．3

B

1001－9278（2017）07－0070－05

10．19491／j．issn．1001－9278．2017．07．012

2017－03－06

聯(lián)系人，wumy＠gdut．edu．cn