熱穩定劑是塑料加工助劑中重要類別之一,熱穩定劑與PVC樹脂的誕生和發展同步,主要用于PVC樹脂加工中,因此熱穩定劑與PVC樹脂、PVC中軟硬制品的比例有密切關系。
一、熱穩定劑的概念
熱穩定劑是塑料加工助劑中重要類別之一,熱穩定劑與PVC樹脂的誕生和發展同步,主要用于PVC樹脂加工中,因此熱穩定劑與PVC樹脂、PVC中軟硬制品的比例有密切關系。
熱聚氯乙烯由于能和許多其它材料如增塑劑、填料及其它聚合物相容,因而被認為是最通用的聚合物之一。其主要缺點就是熱穩定性差。添加劑的使用可改變聚氯乙烯(PVC)的物理外觀和工作特性,但不能防止聚合物的分解。雖然在物理的(如熱、輻射)和化學的(氧,臭氧)因素作用下總是會使聚合物材料逐漸地破壞,但叫做穩定劑的一類物質可有效地阻止、減少甚至基本停止材料的降解。
PVC穩定劑通常是無機物或有機金屬化合物,這一術語本身就表明含有陽離子,或有機化合物,通常按化學類別進行分類。通常,無機物和金屬有機化合物是基本的(或主要的)穩定劑,而有機物則是次要的或輔助的穩定劑。
在作為熱穩定劑的同時,鉛化合物不損害PVC材料的優良的電性能、低吸水性和室外耐候性。但是,鉛穩定劑有缺點,如有毒;會交叉污染,特別是和硫交叉污染;生成氯化鉛,在制成品上形成條紋;比重大,導致不盡人意的重量/體積比。鉛穩定劑常常立刻使PVC制品變得不透明,并且在持續受熱后很快變色。
隨著加工技術的革新和使用的必要性,鈣一鋅穩定劑有所發展。起初,所有PVC食品包裝都依賴于政府批準的鈣皂、鋅皂。為了滿足消費者的需要和開發市場潛力,設計了使用這種不太有效的穩定劑的PVC配方和熔體制造設備。輔助穩定劑可與這些皂一起使用。二氫吡啶和二酮是最新的輔助添加劑。根據中國塑料加工協會助劑專業委員會統計數據,我國PVC樹脂產量從2015年的1609萬噸增長到2021年的2120萬噸,年復合增長率約為4.70%,產量逐年穩定提升。
環保型熱穩定劑上游主要為油酸、甲酸、雙氧水、氫氧化鈉等原料,環保型的熱穩定劑不含對人體有害的物質,而且能夠有效的增強PVC的熱穩定性,可以用于醫療包裝、食品包裝、兒童餐具、玩具等制品中。國內消費情況來看,數據顯示,2020年穩定劑出口量大幅增加,2020年我國熱穩定劑消費量為65萬噸,有更多企業走出國門參與到“一帶一路”的建設中。
熱穩定劑的安全性問題已越來越受到人們的重視。PVC穩定劑的安全性應從三方面考慮,一是使用原材料加工者的安全,二是使用者的安全防護,三是廢棄物對環境的安全。加工者的安全防護可通過穩定劑的液化,膏狀化,顆粒化等措施加以解決。對于使用者的安全防護,可將穩定劑高分子量化或制備反應性穩定劑來提高其耐抽性,但考慮到穩定化作用是分子級的化學反應,上述方法不是最合適的方法,最好的方法還是選用高安全性的穩定劑。在選擇穩定劑時,還必須考慮穩定化過程中樹脂與穩定劑,或穩定劑相互間發生反應所生成的化學物質安全性。
根據中研普華產業研究院發布的《2023-2028年中國熱穩定劑行業深度調研與發展趨勢預測研究報告》顯示:
根據中國塑料工業協會發布的《中國塑料工業年鑒(2021)》,2020年全球環保PVC穩定劑的市場規模為30.1億美元,預計2027年將達到37.4億美元,年均復合增速為3.15%。
熱穩定劑在各國的消費結構不盡相同,在美國,復合穩定劑占總消費量的40%-50%,有機錫占近40%。熱穩定劑中,無鎘、低鉛、無塵化及代替鉛鹽成為該行業的發展重點。環保法規的要求嚴格化正推動著熱穩定劑的改變,為了保護人類的生存環境,許多國家已通過法律限制有毒的重金屬類在PVC加工中的應用。
國內產量來看,數據顯示,2019年至2021年全國鈣鋅、鋇鋅、有機錫類等熱穩定劑合計年產量均在50萬噸左右,較2016年至2018年間的年產量25.80-36.80萬噸實現了大幅提升。從我國熱穩定劑產量結構來看,2021年我國鈣鋅系列穩定劑產量為29萬噸,占比60.42%,鋇鋅系列穩定劑產量為14.5萬噸,占比30.21%,有機錫穩定劑產量為4.5萬噸,占比9.38%。
軟質制品:主要是混合金屬穩定劑,因為它們的成本較低,并且加入增塑劑后容易加工。加工時采用的溫度恰好與發揮混合金屬最大穩定性的溫度相吻合。由于鉛的毒性和環境問題,在大多數通用場合鋇一鋅和鈣一鋅穩定劑正在迅速取代更有效的鋇一鉛配方。能夠提供與鉛體系相近的加工穩定性的新型共穩定劑正不斷開發出來,以實現無鉛穩定劑。這種情況的出現是由于政府法規和廢物處理的高費用。
硬質制品:在北美的硬質PVC制品市場上,盡管也有一些錯、混合金屬、流基銻酯類使用,但大多數是采用含有機錫的穩定劑。在世界的其它地區,特別是當用作異型材時,鉛穩定劑正逐步取代鋇一幅穩定劑,這是由于上面談到的鍋的問題。但是,由于潛在的環境因素,在這些應用領域中正逐步用鈣一鋅和有機錫來取代鉛。
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2023-2028年中國熱穩定劑行業深度調研與發展趨勢預測研究報告
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