聚氯乙烯无毒固体热稳定剂的合成及应用研究

论文摘要

聚氯乙烯（PVC）是五大通用塑料之一,是功能高分子材料的重要原料,年产量仅次于聚乙烯,但在受热过程中,其中的缺陷结构容易引发自身降解,所以PVC配方中必须加入热稳定剂,传统的铅盐等重金属稳定剂虽然热稳定性优良,但不符合“环保”、“绿色化学”等概念。而有机锡稳定剂,不仅有些仍有毒性,而且其成本较高。因此钙锌皂热稳定剂就成为了当今研究的热点。本文采用直接法合成了硬脂酸钙,复分解法合成了硬脂酸锌等一系列脂肪酸盐,并采用这些脂肪酸盐作为热稳定剂中间体。研究了单独硬脂酸钙、硬脂酸锌的热稳定机理及最佳配比;硬脂酸镧对PVC塑化性能的作用。结果表明:硬脂酸钙能吸收PVC降解的氯化氢,抑制PVC自催化降解;硬脂酸锌热稳定机理主要是取代PVC中的不稳定氯原子;硬脂酸钙锌之间能产生良好的协同效应,最佳配比为2%:1%;硬脂酸镧抑制锌烧效果虽不如硬脂酸钙,但以少量硬脂酸镧代替硬脂酸钙稳定效果几乎保持不变,但少量硬脂酸镧能有效提高PVC的塑化性能。通过热老化烘箱法、电导法、热重分析法（TGA）研究了各种辅助稳定剂对PVC的热稳定作用。结果表明:单独季戊四醇（PER）几乎无热稳定作用,季戊四醇因可螯合氯化锌,所以可以延缓锌烧,在氯化锌的催化下季戊四醇还可以吸收氯化氢;单独亚磷酸酯（PDOP）呈现一定的热稳定作用,使锌烧延迟至最慢的PDOP/Zn最佳比例为4%:2%,含PDOP的三元热稳定剂的热稳定性能明显好于二元热稳定剂的热稳定性能;β-二酮因不能螯合氯化锌,所以其往往用于低锌配方稳定剂中,单独使用亦有一定热稳定作用;环氧大豆油（ESO）吸收氯化氢作用明显,所以单独使用ESO亦有一定热稳定作用;抗氧剂能阻止PVC在受热过程中被空气氧化,延缓PVC降解。研究了不同脂肪酸钙锌稳定剂的热稳定效果。结果表明:单独硬脂酸钙的热稳定性最好;硬脂酸钙/锌的协同效应最为明显;月桂酸钙/锌/PDOP的协同效应最为明显;月桂酸钙/锌/PER能有效抑制PVC降解形成共轭长链烯烃,硬脂酸钙/锌/PER能有效抑制PVC降解形成共轭短链烯烃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 聚氯乙烯（PVC）概述
• 1.1.1 世界聚氯乙烯工业
• 1.2 硬脂酸盐的生产工艺概述
• 1.2.1 两步法生产硬脂酸盐工艺
• 1.2.2 直接法生产硬脂酸盐工艺
• 1.3 PVC 的降解与稳定
• 1.3.1 PVC 的降解机理
• 1.3.2 PVC 的稳定机理
• 1.4 热稳定剂的分类
• 1.5 课题意义与研究内容
• 第二章 固体稳定剂中间体的合成
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂及原料
• 2.2.2 主要仪器和设备
• 2.2.3 硬脂酸钙的合成
• 2.2.4 硬脂酸锌、硬脂酸镧的合成
• 2.2.5 产品分析测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 硬脂酸钙的合成
• 2.3.2 硬脂酸锌的合成
• 2.3.3 与购买产品的对比结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 钙/锌/镧主稳定剂体系研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原料与仪器
• 3.2.2 性能测试与分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硬脂酸钙稳定机理探讨
• 3.3.2 硬脂酸锌稳定机理探讨
• 3.3.3 单独硬脂酸镧稳定性测试
• 3.3.4 硬脂酸钙锌协同效应研究[58]
• 3.3.5 硬脂酸镧抑制锌烧实验
• 3.3.6 钙锌镧三元复配实验
• 3.3.7 硬脂酸镧对PVC 塑化性能的改良
• 3.3.8 与市售稳定剂比较热稳定性
• 3.4 本章小结
• 第四章 辅助热稳定剂研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要原料与仪器
• 4.2.2 性能测试与分析
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 季戊四醇对热稳定性的影响
• 4.3.2 PDOP 对热稳定性的影响
• 4.3.3 季戊四醇吸收氯化氢[58]
• 4.3.4 硬脂酰苯甲酰甲烷（β-二酮）对热稳定性的影响
• 4.3.5 ESO 对热稳定性的影响
• 4.3.6 抗氧剂对热稳定性的影响
• 4.3.7 “一包装”式固体稳定剂的研制
• 4.4 本章小结
• 第五章 不同脂肪酸钙锌热稳定性比较
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要原料与仪器
• 5.2.2 性能测试与分析
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 硬脂酸钙、月桂酸钙、癸二酸钙吸收氯化氢的比较
• 5.3.2 硬脂酸钙锌、月桂酸钙锌、癸二酸钙锌协同效应比较
• 5.3.3 硬脂酸钙锌、月桂酸钙锌、癸二酸钙锌与PDOP 的协同效应比较
• 5.3.4 硬脂酸钙锌、月桂酸钙锌与季戊四醇的协同效应比较
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文