硬聚氯乙烯(PVC-U)管道自上个世纪三十年代问世以来,以其优良的物理机械性能、耐化学介质侵蚀性、良好的卫生性能和水力特性,以及便于安装维护的特点使得这种管道在给水领域逐步取代传统的水泥管道和铸铁管道,进而得到迅猛发展。目前PVC-U管道仍然是所有塑料管道中用量最大的品种。同时也是一个加工技术最成熟、产品标准、检测方法、连接方法和施工技术最完善的管道品种。
聚氯乙烯管道相对于其它聚烯烃类管道而言生产加工难度略大,这种材料由于分子中含有氯原子,导致了分子间作用力加大,流动性变差,并且由于氯原子作用,以及分子存在的支链结构端基双键等的影响,使得PVC对热非常敏感,加工时配方中必须添加润滑剂和热稳定剂。
下面就PVC加工用热稳定剂进行简单分析:
一、PVC的热分解
多年来,人们对聚氯乙烯的热降解进行了大量研究,但至今尚未完全弄清楚,说法不一,有脱氯化氢反应、自由基链式反应、离子型反应等,目前普遍接受的是自由基链式反应。
机理:聚氯乙烯分子中存在着许多结构上的缺陷,如双键、支化点残存的引发剂端基、含氧结构等,这些薄弱点经热或光的活化很容易形成自由基。
在形成的自由基引发下,聚氯乙烯按链式机理发生脱HCI降解:

连续脱除HCl,使PVC主链上产生共轭双键,成为多烯结构,颜色也逐渐由白色变为黄色、红色、棕色直至黑色。双键超过十个时变为黄色,随着HCl的不断脱出,共轭序列不断加长,聚氯乙烯的颜色也逐渐加深,最后成为黑色。
热降解中形成的自由基除了参与脱HCl外,还可能引起断链和交联等其它破坏反应,PVC加工中难免与氧接触,因此可以发生类似于聚烯烃的自动氧化反应,造成分子的断裂或交联,此外多烯序列的共聚、双烯加成反应或分子间的HCl消除反应都可导致PVC分子交联。总之,PVC降解是一个十分复杂的过程。降解的直接后果是颜色变深,产品的物理力学性能降低,因此在PVC-U管道生产中必须添加能防止其降解的热稳定剂,这些热稳定剂按其化学组成分为盐基性铅盐、金属皂、有机锡、Ca-Zn复合稳定剂、环氧化合物、亚磷酸酯、多元醇等,其中在PVC-U给水管道上使用效果最好,最传统,最廉价的热稳定剂是盐基性铅盐和金属皂,其次是有机锡稳定剂。
上述各种稳定剂的作用是:
1.吸收中和HCl,抑制其自动催化作用。
2.置换PVC分子中不稳定的烯丙基氯原子或叔碳位氯原子,抑制脱HCl。
3.与多烯结构发生加成反应,破坏大共轭体系的形成,减少着色。
4.捕捉自由基,阻止氧化反应发生。
二、PVC加工的传统稳定剂——铅类稳定剂
铅类稳定剂(包括盐基性铅盐类和金属皂类)由于价廉,稳定效果好,在PVC-U管道生产中得到广泛应用,属于传统稳定剂。该类稳定剂主要包括:三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、二盐基硬脂酸铅、硬脂酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸锌等。其稳定机理主要是吸收PVC分解释放出的HCl和置换不稳定的叔碳Cl原子。盐基性铅盐起稳定作用的主要是盐基,这类稳定剂在世界范围内仍然是PVC管道及型材生产中的主要稳定剂。1998年欧洲用于管材、型材、电缆的铅盐稳定剂占到铅盐稳定剂用量的98.55%,
下面是来自欧洲稳定剂加工协会(ESPA)的统计数据: