1.สารช่วยคงความร้อนชนิดไฮโดรทัลไซต์
ไฮโดรทัลไซต์แบบชั้นไดไฮดรอกซิลคอมโพสิตโลหะไฮดรอกไซด์ (LDH) เป็นวัสดุผลึกอนินทรีย์ที่มีโครงสร้างและคุณสมบัติพิเศษ องค์ประกอบทางเคมีทั่วไปของไฮโดรทัลไซต์ประกอบด้วยแมกนีเซียม-อะลูมิเนียมคอมโพสิตไฮดรอกไซด์ หมู่ไฮดรอกซิลแบบแผ่น ไอออนคาร์บอเนต และน้ำผลึก ลักษณะโครงสร้างผลึกมีดังนี้: ชั้นนาโนมีการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ อะตอมภายในชั้นเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์ และชั้นต่างๆ เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมีอ่อน (พันธะไอออนิก พันธะไฮโดรเจน) และมีไอออนลบที่แลกเปลี่ยนได้ ชั้นหลักเป็นด่าง องค์ประกอบทางเคมีและโครงสร้างผลึกพิเศษทำให้มีคุณสมบัติและหน้าที่เฉพาะตัวหลายประการ เสถียรภาพทางความร้อนของไฮโดรทัลไซต์ดีกว่าสบู่แบเรียม สบู่แคลเซียม และส่วนผสมอื่นๆ นอกจากนี้ ไฮโดรทัลไซต์ยังมีข้อดีคือ ความโปร่งใส เป็นฉนวน ทนทานต่อสภาพอากาศ และแปรรูปได้ดี ไฮโดรทัลไซต์ไม่ปนเปื้อนซัลไฟด์ ไม่เป็นพิษ และสามารถใช้ร่วมกับสบู่สังกะสีและออร์กาโนตินได้
สารคงตัวความร้อนมีบทบาทเสริมฤทธิ์และเป็นสารคงตัวความร้อนชนิดเสริมที่ปลอดสารพิษและมีแนวโน้มสูง เชื่อกันว่าฤทธิ์คงตัวความร้อนของไฮโดรทัลไซต์ระหว่างการแปรรูปพีวีซีนั้นเกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าหมู่ไฮดรอกซิลบนพื้นผิวจะดูดซับก๊าซ HCl ที่ปล่อยออกมาจากการสลายตัวด้วยความร้อนของพีวีซี จึงยับยั้งฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาของ HCl ที่มีต่อการสลายตัวของพีวีซี นอกจากนี้ นักวิชาการบางท่านได้เสนอกลไกการแลกเปลี่ยน CO32- ระหว่าง HCl และชั้นระหว่างไฮโดรทัลไซต์ เมื่อไฮโดรทัลไซต์ถูกนำมาใช้เป็นสารคงตัวความร้อนสำหรับพีวีซี HCl ที่เกิดจากการสลายตัวด้วยความร้อนจะทำปฏิกิริยากับ CO32- ระหว่างชั้นของไฮโดรทัลไซต์ ซึ่งสามารถยับยั้งการสลายตัวของพีวีซีได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. ฟอสไฟต์เอสเทอร์
ฟอสไฟต์เอสเทอร์เป็นสารช่วยคงตัวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในสารช่วยคงตัวแบบผสมแคลเซียม/สังกะสี และเป็นส่วนประกอบสำคัญในสารช่วยคงตัวแบบผสม ฟอสไฟต์ที่ใช้เป็นสารช่วยคงตัวหลัก ได้แก่ ไตรฟีนิลฟอสไฟต์ ไตรเดซิลฟอสไฟต์ ไตรโนนิลฟีนิลฟอสไฟต์ และไตรออกทิลฟอสไฟต์ เป็นต้น สำหรับพีวีซีแบบอ่อน ฟอสไฟต์เอสเทอร์มักใช้ร่วมกับเบต้าไดคีโตน น้ำมันถั่วเหลืองอีพอกซี ฯลฯ ฟอสไฟต์เอสเทอร์มีฤทธิ์ในการทำให้พลาสติกอ่อนตัวและไม่เหมาะสำหรับพีวีซีแบบแข็ง ฟอสไฟต์เอสเทอร์มีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระ สามารถจับไฮโดรเจนคลอไรด์ และเพิ่มโพลีโอเลฟิน ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพความเสถียรของระบบคงตัวของพีวีซีได้อย่างมาก โดยทั่วไปปริมาณสารคงตัวในของเหลวจะอยู่ที่ 10% ถึง 35% (ตามสัดส่วนมวล) และสารหลักๆ ได้แก่ ฟีนิลไดไอโซออกทิลฟอสไฟต์ ไดฟีนิลเดซิลฟอสไฟต์ ไดฟีนิลเดซิลฟอสไฟต์ ทรอนนิลฟอสไฟต์ เป็นต้น ปัจจุบันไดไอโซออกทิลฟอสไฟต์ที่ผ่านการไฮโดรไลซ์ได้รับความนิยมอย่างสูงในประเทศจีน สารนี้สามารถปรับปรุงสี ความเสถียรทางความร้อน ความโปร่งใส การป้องกันการเกิดตะกรัน และความทนทานต่อสภาพอากาศของผลิตภัณฑ์พีวีซีได้อย่างมีประสิทธิภาพ ฟอสไฟต์เอสเทอร์เป็นสารคงตัวเสริมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด และถูกนำไปใช้อย่างแพร่หลายในสารคงตัวสารประกอบของเหลวแคลเซียม-สังกะสีที่ไม่เป็นพิษ สารที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคืออัลคิล/อะริลฟอสไฟต์เอสเทอร์ ยกตัวอย่างเช่น Mark-1500 ที่พัฒนาโดย Adeka-Argels ประเทศญี่ปุ่น มีประสิทธิภาพในการให้สีเริ่มต้นที่ยอดเยี่ยมสำหรับสารคงตัว
3. สารประกอบอีพอกซี
ในบรรดาสารอีพอกไซด์ น้ำมันถั่วเหลืองอีพอกไซด์ถูกนำมาใช้เป็นสารเพิ่มความเสถียรมาโดยตลอด การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้แสดงให้เห็นว่าบิสฟีนอล เอ ไดกลีซิดิลอีเทอร์, บิสฟีนอล เอฟ ไดกลีซิดิลอีเทอร์, ไกลซิดิลอีเทอร์ของเรซินฟีนอลิก, ไกลซิดิลอีเทอร์ของเตตระฟีนิลอีเทน, อะลิไซคลิกอีพอกไซด์เรซิน, ไตรกลีซิดิลไตรเมลเลต, ไดอีพอกซีโพรพิลเทเรฟทาเลต ฯลฯ ล้วนมีประสิทธิภาพความเสถียรค่อนข้างสูง อีพอกไซด์ทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนคลอไรด์เพื่อสร้างคลอโรเอทานอล ภายใต้ปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาของสบู่โลหะ เช่น แคลเซียมและสังกะสี พวกมันจะเข้าไปแทนที่อะตอมคลอรีนที่ไม่เสถียรในพีวีซีเพื่อสร้างเสถียรภาพ ในการทดสอบเสถียรภาพแบบสถิต บทบาทของสารประกอบอีพอกไซด์คือการยับยั้งการเหลืองของพีวีซี แต่ประสิทธิภาพจะไม่ดีเมื่อใช้เพียงอย่างเดียว และเมื่อใช้ร่วมกับฟอสไฟต์เอสเทอร์ จะสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพความเสถียรได้อย่างมีนัยสำคัญ สารช่วยคงความร้อนแบบอีพอกซีโดยทั่วไปประกอบด้วยน้ำมันถั่วเหลืองแบบอีพอกซี น้ำมันเมล็ดแฟลกซ์แบบอีพอกซี บิวทิลสเตียเรตแบบอีพอกซี ออกทิลเอสเทอร์ และสารประกอบอีพอกซีอื่นๆ เมื่อใช้ร่วมกับระบบ Ca/Zn จะมีฤทธิ์เสริมฤทธิ์กันสูงและมีข้อดีคือมีความเสถียรต่อแสงและไม่เป็นพิษ เหมาะสำหรับผลิตภัณฑ์พีวีซีแบบอ่อน โดยเฉพาะที่โดนแสงแดด และมักไม่ใช้กับผลิตภัณฑ์พีวีซีแบบแข็ง ข้อเสียคือมีแนวโน้มที่จะเกิดการซึมออกมา กลไกเสริมฤทธิ์กัน [6] สามารถพิจารณาได้ว่า HCl ที่เกิดจากการสลายตัวจะถูกดูดซับโดยหมู่อีพอกซีและเกลือสบู่โลหะ ซึ่งจะลดความเข้มข้นของ HCl และชะลออัตราการกำจัด HCl ของพีวีซี (HCl มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยาต่อการย่อยสลายของพีวีซี) จึงช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของพีวีซี นอกจากนี้ ภายใต้การเร่งปฏิกิริยาของเกลือสังกะสี อีพอกไซด์ยังสามารถแทนที่อะตอมอัลลิลคลอรีนได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย
4. โพลีออล
โพลีออลที่ใช้เป็นสารช่วยคงตัวในระบบคอมโพสิต Ca/Zn ส่วนใหญ่ ได้แก่ เพนตาเอริทริทอล ไดเพนตาเอริทริทอล โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ เตตระเมทิลไซโคลเฮกซานอล ไตรเมทิลออลโพรเพน คาร์บิทอล รวมถึงซอร์บิทอล แมนนิทอล ไซลิทอล มอลทิทอล ไอโซมอลทิทอล แลคทิทอล และผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการอบแห้งและกึ่งอบแห้ง ฯลฯ เมื่อนำโพลีออลชนิดนี้มาใช้ร่วมกับ β-ไดคีโตน อีพอกไซด์ และไฮโดรทัลไซต์ในพีวีซีอ่อน จะทำให้เกิดผลเสริมฤทธิ์ที่ดีเยี่ยม ถึงแม้ว่าโพลีออลจะมีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี แต่โพลีออลบางชนิดยังคงมีข้อบกพร่องเนื่องจากกระบวนการอบแห้งและการย้อมสี โพลีออลชนิดใหม่ เช่น อินูลิน และทริส (α-ไฮดรอกซีเอทิล) ไอโซไซยานูเรต สามารถแก้ไขข้อบกพร่องดังกล่าวข้างต้นได้ นอกจากนี้ โพลีออลยังมีแนวโน้มที่จะเกิดการระเหิดได้ง่ายอีกด้วย ในระหว่างกระบวนการ สารที่ระเหิดจะเกาะติดอุปกรณ์ ซึ่งเป็นอุปสรรคต่อกระบวนการ เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องเหล่านี้ ปัจจุบันมีการพัฒนาพอลิออลหลายชนิดที่ผ่านการเอสเทอร์บางส่วนด้วยกรดไขมัน เช่น Tohtlixer-101 ที่เปิดตัวในญี่ปุ่น ซึ่งเป็นสารปรับเปลี่ยนพอลิออลที่สามารถแก้ไขข้อบกพร่องของพอลิออลทั่วไปได้เป็นอย่างดี เมื่อใช้ร่วมกับระบบรักษาเสถียรภาพ Ca/Zn จะแสดงความเสถียรต่อแสง ความสามารถในการแปรรูป และความเสถียรในการเก็บรักษาที่ดี พอลิออลสามารถคีเลตไอออนของโลหะ ป้องกันการสลายตัวของคลอไรด์ด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา และเมื่อมีสบู่โลหะ มันสามารถแทนที่อัลลิลคลอรีน ซึ่งทำให้พีวีซีมีความเสถียร นอกจากนี้ หมู่ไฮดรอกซิลที่มากขึ้นในพอลิออลยังสามารถสร้างลิแกนด์ที่ไม่มีสีร่วมกับไอออนของโลหะ ซึ่งช่วยลดผลกระทบจากการเร่งปฏิกิริยาของซิงค์สเตียเรต และป้องกันการเกิดลิแกนด์ที่มีสี ซึ่งเกิดจากการรวมตัวของไอออนของโลหะและโครงสร้างโพลีเอทีนของพีวีซี จนกระทั่งเกิดผลการรักษาเสถียรภาพเสริม เมื่อจำนวนหมู่ไฮดรอกซิลเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพในการคงตัวของพอลิออลก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน พอลิออลหลักๆ ได้แก่ เพนตาเอริทริทอล ไดเพนตาเอริทริทอล โพลีไวนิลแอลกอฮอล์ เตตระเมทิลไซโคลเฮกซานอล คาร์บิทอล ฯลฯ รวมถึงซอร์บิทอล แมนนิทอล ไซลิทอล มอลทิทอล ไอโซมอลทิทอล อิทอล และผลิตภัณฑ์ที่ผ่านการอบแห้งและกึ่งอบแห้ง เมื่อใช้ร่วมกับ β-ไดคีโตน อีพอกไซด์ และไฮโดรทัลไซต์ในพีวีซีอ่อน จะมีฤทธิ์เสริมฤทธิ์กันอย่างดีเยี่ยม เกี่ยวกับกลไกการออกฤทธิ์ [9] เชื่อกันโดยทั่วไปว่าเพนตาเอริทริทอลสามารถสร้างสารเชิงซ้อนกับ ZnSt2 จากนั้นสารเชิงซ้อนจะเข้าสู่ปฏิกิริยาการแทนที่ตามสูตรต่อไปนี้เพื่อสร้างสารเชิงซ้อน ZnCl2 และเพนตาเอริทริทอล ซึ่งจะยับยั้งการย่อยสลายของพีวีซีโดย ZnCl2 และปรากฏการณ์ "การเผาสังกะสี" และยืดระยะเวลาการคงตัวทางความร้อนของพีวีซี
5. เบต้า-ไดคีโตน
β-diketone เป็นสารช่วยคงตัวที่ขาดไม่ได้ในระบบสารช่วยคงตัวแบบผสม Ca/Zn มีบทบาทสำคัญในการเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อน เสถียรภาพทางแสง และยับยั้ง "การเผาไหม้สังกะสี" สารหลักๆ ได้แก่ สเตียโรอิลเบนโซอิลมีเทน ไดเบนโซอิลมีเทน ไอโซเพนทิลเบนโซอิลมีเทน ออกทิลเบนโซอิลมีเทน เป็นต้น โดยทั่วไปปริมาณการใช้พื้นฐานคือ 8-12 ส่วน ของสารช่วยคงตัวแบบผสม Ca/Zn หรือ 0.2-0.3 ส่วน β-diketone มีบทบาทสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพการแต่งสีของผลิตภัณฑ์ และโดยทั่วไปจะไม่มีฤทธิ์ต้านกับส่วนประกอบอื่นๆ ในบรรดาสารช่วยคงตัวประเภทนี้ สเตียโรอิลเบนโซอิลมีเทนเป็นตัวเลือกอันดับต้นๆ เป็นสารที่ได้รับการรับรองจากองค์การอาหารและยาแห่งสหรัฐอเมริกา (FDA) ให้ใช้เป็นวัสดุบรรจุภัณฑ์อาหาร ประการที่สอง คือ เบนโซอิลมีเทน ซึ่งเป็นสารช่วยคงตัวแบบคลาสสิก ปัจจุบันมีการผลิตภายในประเทศและส่งออกบางส่วน นอกจากสารที่เป็นของแข็งสองชนิดข้างต้นแล้ว ยังมีสารเบต้าไดคีโตนเหลวอีกสองชนิดหลัก ได้แก่ ไอโซเพนทิลเบนโซอิลมีเทน ซึ่งพัฒนาโดยบริษัทโรเดีย และสารเบต้าไดคีโตนเหลว T-247 ซึ่งพัฒนาโดยสถาบันวิจัยเคมีชานซี ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับสารเบต้าไดคีโตนมีความก้าวหน้าอย่างมาก ตัวอย่างเช่น บริษัทซีบาได้พัฒนาสารไดคีโตน 1.3-ไพริมิดีนและสารประกอบโพลีคีโตน (DATHP) และบริษัทอัคครอสได้พัฒนาสารไพร์โรลิดิน-2.4-ไดคีโตน ซึ่งมีเสถียรภาพทางความร้อนและประสิทธิภาพในการควบคุมสีที่ดีกว่าสารเบต้าไดคีโตนที่ใช้กันทั่วไป [5] สารเบต้าไดคีโตนเป็นสารประกอบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการปรับปรุงสีเริ่มต้น สารหลักๆ ได้แก่ สเตียโรอิลเบนโซอิลมีเทน, ไดเบนโซอิลมีเทน, ไอโซเพนทิลเบนโซอิลมีเทน, ออกทิลเบนโซอิลมีเทน เป็นต้น ปริมาณพื้นฐานโดยทั่วไปคือ 8% ถึง 12% ของสารคงตัว Ca/Zn หรือ 0.2% ถึง 0.3% ของเรซิน PVC บทบาทสำคัญของ β-ไดคีโตน คือการปรับปรุงประสิทธิภาพการแต่งสีของผลิตภัณฑ์ และโดยทั่วไปไม่มีผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์กับส่วนประกอบอื่นๆ กลไกการออกฤทธิ์ [7-8] ถือได้ว่าหมู่เมทิลีนที่อยู่ระหว่างหมู่คาร์บอนิลสองหมู่มีฤทธิ์ค่อนข้างสูงและมีแนวโน้มที่จะสูญเสียโปรตอน ดังนั้น มันสามารถแทนที่อัลลิลคลอรีนผ่านปฏิกิริยาคาร์บอนอัลคิเลชันเพื่อสร้างโครงสร้างคาร์บอน-คาร์บอนที่แข็งแรง จึงหยุดการเจริญเติบโตของสายโซ่คอนจูเกตที่เกิดจากการกำจัด HCl และทำให้เกิดผลการรักษาเสถียรภาพ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ช้า จึงไม่มีประสิทธิภาพในการรักษาเสถียรภาพสูง เมื่อเติม β-ไดโอนเข้าไปในระบบ Ca/Zn ในด้านหนึ่ง β-ไดโอนจะเกิดปฏิกิริยาเชิงซ้อนกับเกลือสังกะสีในระบบ กลายเป็นซิงค์ β-ไดโอน จากนั้นซิงค์ β-ไดโอนจะแทนที่อะตอมของอัลลิลคลอรีนอย่างรวดเร็วผ่านปฏิกิริยาคาร์บอน-อัลคอกซิเลชัน (หรือออกซิเจน-อัลคิเลชัน) ในทางกลับกัน ZnCl2 ยังสามารถเร่งปฏิกิริยาคาร์บอน-อัลคิเลชันที่กล่าวถึงข้างต้นได้ ทำให้ปฏิกิริยาดำเนินไปได้อย่างรวดเร็ว
6. อะมิโนโครโตเนตและอัลฟา-ฟีนิลลินโดล
เมื่อใช้เพียงอย่างเดียว ความเสถียรทางความร้อนของอะมิโนโครตอนเอสเทอร์อยู่ในระดับปานกลาง และไม่ค่อยได้ใช้เป็นสารคงตัวหลัก อะมิโนโครตอนเอสเทอร์ส่วนใหญ่มักใช้ร่วมกับสารคงตัวคอมโพสิต Ca/Zn และอีพอกไซด์ ซึ่งสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพความเสถียรทางความร้อนของสารคงตัวคอมโพสิต Ca/Zn ได้อย่างมาก
α-phenylindole ไม่ใช่สารคงตัวที่ดีนักเมื่อใช้เพียงอย่างเดียว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากความสามารถในการเปลี่ยนสีเริ่มต้นต่ำ และสามารถใช้ได้เฉพาะกับ PVC อิมัลชันที่เสถียรด้วยด่างเท่านั้น เมื่อใช้ α-phenylindole ร่วมกับสารประกอบ Ca/Zn ใน PVC แบบแขวนลอย ประสิทธิภาพของระบบนี้จะดีขึ้นอย่างมาก
