簡介
　　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(wěn)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(wěn)定劑的一類物質(zhì)可有效地阻止、減少甚至基本停止材料的降解。
　　關(guān)于PVC的破壞過程，人們提出了各種機理：熱氧化分解；無氧情況下增長大自由基的交聯(lián)；立構(gòu)規(guī)性對降解的影響；光降解；氧化脫氯化氫；輻射降解；加工過程引入的臨界應(yīng)力導致的分子鏈斷裂；以及PVC分子中支化點對降解的影響等。
　　從化學上來說這些機理是非常相似的，并且可以直接與PVC的物理狀態(tài)相聯(lián)系。PVC降解的最重要的原因是脫氧化氫。隨著脫氯化氫過程的繼續(xù)，出現(xiàn)共軛雙鍵，聚合物吸收光的波長發(fā)生變化，當在一個共軛體系中出現(xiàn)6或7個多烯結(jié)構(gòu)時，PVC分子吸收紫外光，從而呈現(xiàn)黃色。這里最多能產(chǎn)生0．1%的氯化氫。隨著降解過程的繼續(xù)，雙鍵增加，吸收光波長變化，PVC的顏色也逐漸變深，深黃色，搖拍色，紅棕色，直至完全變黑。當聚合物進一步受損時，繼而發(fā)生氧化，鏈斷裂，最后交聯(lián)。
　　為了最大限度地彌補PVC均聚物和共聚物的嚴重缺陷，需要用穩(wěn)定劑消除引起開始脫氯化氫的不穩(wěn)定部位；或作為氯化氫的清除劑；或當自由基產(chǎn)生時便與之反應(yīng)；或作為抗氧劑；或改變多烯結(jié)構(gòu)以阻止顏色變化、分子鏈斷裂和交聯(lián)。穩(wěn)定劑必須與PVC體系相容，不會損害材料體系整體的美感，并且還應(yīng)具有調(diào)節(jié)潤滑的性能。
　　對某一具體的樹脂、復合組份、最終用途選定好穩(wěn)定劑，可得到優(yōu)良的PVC摻混物。PVC樹脂的敏感性以及各種添加劑的穩(wěn)定作用或有害效應(yīng)可能是多種多樣的，這需要逐一加以注意。
　　因此，必須注意到像樹脂的鋅敏感性，金屬皂潤滑劑的穩(wěn)定性能，環(huán)氧及磷類增塑劑的工作特性，以及各種顏料及其它組份的影響等現(xiàn)象。加工技術(shù)和產(chǎn)品用途決定了對最終穩(wěn)定性的要求，因此也決定了具體配方的穩(wěn)定劑類型和用量。必須對加工設(shè)備的類型、剪切速率以及PVC摻混物可能經(jīng)受的熱過程給予重視，在必須知道管理機關(guān)要求的同時，還必須考慮到制成品的物理外觀和耐久性。
穩(wěn)定劑種類
　　PVC穩(wěn)定劑通常是無機物或有機金屬化合物，這一術(shù)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(wěn)定劑，而有機物則是次要的或輔助的穩(wěn)定劑。
　　穩(wěn)定劑主要根據(jù)錫、鉛以及血A族金屬的混合物如鋇、銅、鋅進行分類。
　　錫穩(wěn)定劑：含有1個或2個碳一錫鍵，其余價鍵為氧或硫-錫陰離子鍵飽和的四價錫化合物，是PVC的最有效穩(wěn)定劑。這些化合物是有機錫氧化物或有機錫氯化物與適當?shù)乃峄蝓シ磻?yīng)的產(chǎn)物。
　　穩(wěn)定劑協(xié)同的混合物很普遍，通常包括各種流基有機錫化合物和波基鹽（化合物）以及輔助的添加劑，如鋅皂，亞磷酸鹽，環(huán)氧化物，甘油酯，紫外線吸收劑，抗氧劑等。顯然，大多數(shù)協(xié)同組合物具有專用性，因此還沒有發(fā)現(xiàn)它們具有全面的共性。
　　有機錫穩(wěn)定劑分為含硫和不含硫兩類。含硫穩(wěn)定劑在所有穩(wěn)定性能方面都是杰出的，但存在與含硫化合物類似的味道和交叉站污的問題。典型的含硫陰離子是：
　　巰基化物——SR
　　巰基酸酯——S（CH）nCOOR
　　巰基酸酯——S（CH）nOCO
　　或元素硫。
　　非硫陰離子通常是基于馬來酸或馬來酸半酯，非硫有機錫是效果較小的熱穩(wěn)定劑，但是卻具有較好的光穩(wěn)定性。
　　鉛穩(wěn)定劑：典型的鉛穩(wěn)定劑包括下列化合物：二鹽基硬脂酸鉛、水合三鹽基硫酸鉛、二鹽基鄰苯二甲酸鉛、二鹽基亞磷酸鉛
　　在作為熱穩(wěn)定劑的同時，鉛化合物不損害PVC材料的優(yōu)良的電性能、低吸水性和室外耐候性。但是，鉛穩(wěn)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(wěn)定劑常常立刻使PVC制品變得不透明，并且在持續(xù)受熱后很快變色。
　　盡管有毒害和生態(tài)方面的缺陷，這些穩(wěn)定劑仍得到了廣泛的應(yīng)用。對電絕緣性，鉛是首選的PVC穩(wěn)定劑。基于這種穩(wěn)定劑的綜合效果，有許多柔性的和剛性的、均聚物和共聚物配方才得以實現(xiàn)。
　　混合金屬穩(wěn)定劑：混合金屬穩(wěn)定劑是各種化合物的聚集體，通常根據(jù)具體的PVC用途和用戶來設(shè)計。這類穩(wěn)定劑已經(jīng)由單獨添加琥珀酸鋇和棕桐酸鎘發(fā)展到將鋇皂、鎘皂、鋅皂、有機亞磷酸酯，再加上抗氧劑、溶劑、增量劑、塑解劑、著色劑、紫外吸收劑、光亮劑、粘度控制劑、潤滑劑、增粘劑，以及人工香料等進行物理混合。這樣，就有相當多的因素能影響最終穩(wěn)定劑的效果。
　�、駻族金屬穩(wěn)定劑，如鋇、鈣、鎂并不保護早期的顏色，但能為PVC提供良好的長期熱穩(wěn)定劑。以這種方式穩(wěn)定的PVC起始是黃/橙色，然后持續(xù)受熱，逐漸變成檢/棕色，最后變黑。
　　鎘和鋅化合物首先被用作穩(wěn)定劑是由于它們透明，并能保持PVC制品的原來顏色。由鍋和鋅提供的長期熱穩(wěn)定性遠小于鋇化合物。它們往往會在極小先兆或毫無先兆的情況下，突然發(fā)生完全降解。
　　除了與金屬比例有關(guān)外，鋇一鋼穩(wěn)定劑的效果還與其陰離子有關(guān)。穩(wěn)定劑陰離子是影響下列性能的主要因素：潤滑性、遷移性、透明性、顏料顏色的變化，以及PVC的熱穩(wěn)定性等。下面是幾種常見的混合金屬穩(wěn)定劑的陰離子：2-乙基己酸鹽、酚鹽、苯甲酸鹽、硬脂酸鹽
　　隨著加工技術(shù)的革新和使用的必要性，鈣一鋅穩(wěn)定劑有所發(fā)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(fā)市場潛力，設(shè)計了使用這種不太有效的穩(wěn)定劑的PVC配方和熔體制造設(shè)備。輔助穩(wěn)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。
應(yīng)用
　　軟質(zhì)制品：主要是混合金屬穩(wěn)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(fā)揮混合金屬最大穩(wěn)定性的溫度相吻合。
　　由于福的毒性和環(huán)境問題，在大多數(shù)通用場合鋇一鋅和鈣一鋅穩(wěn)定劑正在迅速取代更有效的鋇一鍋配方。能夠提供與銅體系相近的加工穩(wěn)定性的新型共穩(wěn)定劑正不斷開發(fā)出來，以實現(xiàn)無鋼穩(wěn)定劑。這種情況的出現(xiàn)是由于政府法規(guī)和廢物處理的高費用。
　　鈣一鋅穩(wěn)定劑與食品級的亞磷酸酯和輔助組份的組合在食品包裝膜方面得到了應(yīng)用。
　　使用的增塑劑在大多數(shù)軟質(zhì)制品中，使用的增塑劑含有環(huán)氧化酯，如環(huán)氧甘油酯、環(huán)氧脂肪酯。環(huán)氧化物與氯化氫反應(yīng)而作為輔助穩(wěn)定劑。
　　由于鉛化合物獨特的電性能，在電線電纜包覆市場中占優(yōu)勢，一些混合金屬在包覆應(yīng)用中作為輔助穩(wěn)定劑。
　　硬質(zhì)制品：在北美的硬質(zhì)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(shù)是采用含有機錫的穩(wěn)定劑。在世界的其它地區(qū)，特別是當用作異型材時，鉛穩(wěn)定劑正逐步取代鋇一幅穩(wěn)定劑，這是由于上面談到的鍋的問題。但是，由于潛在的環(huán)境因素，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中正逐步用鈣一鋅和有機錫來取代鉛。
　　管材：硬質(zhì)PVC管材是PVC獨有的最大的市場，大多數(shù)管材是在雙螺桿擠出機上加工的。由于受熱時間短，因而采用了較低濃度的流基有機錫穩(wěn)定劑。這些管材級穩(wěn)定劑可含有少至4—10%的錫，使用量通常為每100份聚合物用0．4份（雙螺桿擠出時），而單螺桿擠出時為0．6—1．0份。用于飲用水管的穩(wěn)定劑必須符合獨立認證機構(gòu)的要求。
　　注塑：隨著往復移動螺桿注塑模具對合適樹脂的要求的出現(xiàn)，已成功地開發(fā)了高效穩(wěn)定劑并制得非常大的部件（35磅）。
　　雖然樹脂的分子量越低，加工也越易，但注塑模具的高剪切通常需要含14%一25%錫的有機錫流基酯。
　　吹模：恰當?shù)剡x擇有機錫對于吹模來說是非常關(guān)鍵的，這是因為起始就有的顏色、香料、透明性的附加要求，在通用制品中起決定性作用的是硫酸丁基錫酯和硫酸甲基錫酯。盡管甲基錫和酯錫也有FDA的許可，但在食品級應(yīng)用中主要使用辛基錫。
　　膜材和片材：擠出和壓延都被用來加工硬質(zhì)PVC膜材和片材，通常對于膜材和片材采用與瓶子使用的一樣的穩(wěn)定劑。
　　披迭板及外型材：對于用于披迭板及窗戶外框材料的PVC的穩(wěn)定劑，耐候性和保持顏色的耐久性是額外的要求。長期的研究已確定了這些用途的最佳有機錫結(jié)構(gòu)。
　　在北美單/雙有機錫硫酸鹽是現(xiàn)行首選的穩(wěn)定劑，而在傳統(tǒng)上一直使用金屬混合物的歐洲其吸引力也在增大。
　　在北美，高添加量的二氧化鈦用于很好地防止紫外線。這一事實再加上較高的生產(chǎn)率，均要求有機錫提供更優(yōu)良的加工穩(wěn)定性.
消費現(xiàn)況
　　熱穩(wěn)定劑在各國的消費結(jié)構(gòu)不盡相同，在美國，復合穩(wěn)定劑占總消費量的40%-50%，有機錫占近40%。熱穩(wěn)定劑中，無鎘、低鉛、無塵化及代替鉛鹽成為該行業(yè)的發(fā)展重點。環(huán)保法規(guī)的要求嚴格化正推動著熱穩(wěn)定劑的改變，為了保護人類的生存環(huán)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(yīng)用。歐洲PVC熱穩(wěn)定劑生產(chǎn)商已經(jīng)做出承諾，到2010年含鉛熱穩(wěn)定劑用量將減半，到2015年全面實現(xiàn)無鉛化。歐洲許多國家正在使用基于有機錫或基于鈣-鋅的替代物代替。歐洲鉛穩(wěn)定劑用量將從1999年12萬噸/年減少到2010年8萬噸/年。預計亞太地區(qū)含鉛熱穩(wěn)定劑需求量也將大幅降低。包括基于有機錫系統(tǒng)(OBS)在內(nèi)的新穩(wěn)定劑已在美國廣泛應(yīng)用。
作用機理
　　如要防止或延緩像PVC類的聚合材料的熱老化，要么消除高分子材料中熱降解的引發(fā)源，如PVC中烯丙基氯結(jié)構(gòu)和不飽和鍵；要么消除所有對非鏈斷裂熱降解反應(yīng)具有催化作用的物質(zhì)，如由PVC上解脫下來的氯化氫等，才能阻止或延緩此類聚合材料的熱降解。 因此所選擇和使用的熱穩(wěn)定劑應(yīng)具有以下的功能：
　�、� 能置換高分子鏈中存在的活潑原子(如，PVC中烯丙位的氯原子)，以得到更為穩(wěn)定的化學鍵和減小引發(fā)脫氯化氫反應(yīng)的可能性；
　�、� 能夠迅速結(jié)合脫落下來的氯化氫，抑制其自動催化作用；
　�、� 通過與高分子材料中所存在的不飽和鍵進行加成反應(yīng)而生成飽和的高分子鏈，以提高該合成材料熱穩(wěn)④ 能抑制聚烯結(jié)構(gòu)的氧化與交聯(lián)；
　　⑤ 對聚合材料具有親和力，而且是無毒或低毒的；
　�、� 不與聚合材料中已存在的添加劑，如增塑劑、填充劑和顏料等發(fā)生作用。
　　目前使用的熱穩(wěn)定劑并不能完全滿足上述的要求，所以在使用過程中必須結(jié)合不同聚合材料的特點來選用不同性能的熱穩(wěn)定劑。有時還必須與抗氧劑，光穩(wěn)定劑等添加劑配合使用，以減小氧化老化的可能。
　　定性，鹽基性鉛鹽是通過捕獲脫落下來的氯化氫而抑制了它的自動催化作用。
　　脂肪酸皂類一方面可以捕獲脫落下來的氯化氫，另一方而是能置換PVC中存在的烯丙基氯中的氯原子，生成比較穩(wěn)定的酯，從而消除了聚合材料中脫氯化氫的引發(fā)源。
　　有機錫化合物首先與PVC分子鏈上的氯原子配位，在配位體電場中存在于高分子鏈上的活潑氯原子與Y基團(有機錫化合物中酸的基團)進行交換，從而抑制了PVC脫氯化氫的熱降解反應(yīng)。