聚氯乙烯用稀土热稳定剂的合成及性能评价

论文摘要

聚氯乙烯（PVC）是五大通用塑料之一,但其热稳定性差,在160～200℃温度下加工时,会发生剧烈的热降解,因此必须使用稳定剂。传统热稳定剂有铅盐、有机锡、钙锌复合稳定剂。铅类稳定剂毒性大,易造成环境污染等问题,有机锡成本较高,钙锌复合稳定剂在使用中易发生“锌烧”现象。随着全球环保要求越来越高,研发新型、高效、低毒性的热稳定剂具有良好的市场前景。稀土热稳定剂是近年来发展起来的新型热稳定剂,具有无毒、长期热稳定性好等优点,而且我国稀土资源丰富,所以稀土稳定剂在我国有很好的发展前景。本文中,我们设计并合成了三种多远羧酸稀土盐（二元、三元、四元体系）,通过红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、刚果红、烘箱热老化、转矩流变仪等手段对合成产物的结构和性能进行了分析,最后进行了复合热稳定剂的设计及其应用研究,得出了如下结论:（1）多元羧酸盐的刚果红热稳定时间要长于硬脂酸盐,这是由于前者稀土金属离子含量高于后者,与PVC相容性更好,从而提高其热稳定效果;（2）三元体系的热稳定时间要稍长于二元体系,并且在相同的老化时间内,三元体系颜色要浅,这可归结为取代部分羧酸的亚磷酸,还原了PVC降解产生的自由基,改善了树脂颜色;（3）相比二元、三元体系,四元体系表现出了良好的润滑性能,有可能是残余硬脂酸起到润滑作用,也有可能是由于亚磷酸的引入,增大了层状结构硬脂酸镧的层间距,导致硬脂酸镧有机-无机层的厚度增大,从而润滑性更好;（4）通过系列试验优化、筛选,我们最后得一性能较优配方,制得稀土-钙-锌复合热稳定剂。烘箱老化测试,体系比HL-55前中期（35 min内）热稳定性能好,后期稍差,熊牌铅盐最好;加工测试表明三元、四元能更好的促进PVC的塑化,可能是稀土原子（Reδ+）与PVC分子中的氯原子（Clδ-）之间的强相互作用,可使力（特别是剪切力）的传递得到加强,从而促进PVC凝胶化;力学性能测试表明,拉伸强度从36.24 MPa（熊牌铅盐）提高到39.190 MPa （三元体系）和37.823 MPa （四元体系）,耐热性能从79.0℃（熊牌铅盐）提高到79.9℃（三元体系）。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 符号说明
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外PVC工业概况及应用
• 1.2 PVC降解机理
• 1.3 热稳定剂综述
• 1.3.1 热稳定剂的作用原理
• 1.3.2 热稳定剂的种类及其特点
• 1.3.3 稀土热稳定剂的多功能性
• 1.3.4 稀土热稳定剂的研究进展
• 1.3.5 PVC热稳定剂的发展趋势
• 1.4 本课题的提出及主要研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 主要原料及试剂
• 2.2 主要仪器
• 2.3 稀土热稳定剂的合成
• 2.3.1 热稳定剂设计
• 2.3.2 合成方案
• 2.3.3 工艺过程
• 2.4 产物结构表征
• 2.4.1 红外光谱测试（FT-IR）
• 2.4.2 粉末X－射线衍射测试（XRD）
• 2.5 热稳定性能测定
• 2.5.1 刚果红法
• 2.5.2 烘箱老化法
• 2.5.3 加工性能测试
• 2.5.4 维卡软化点的测定
• 2.5.5 力学性能测试
• 2.6 本章小结
• 第3章 稀土热稳定剂的表征及对PVC的热稳定作用
• 3.1 产物表征
• 3.1.1 红外光谱分析
• 3.1.2 粉末X射线衍射分析
• 3.2 稀土热稳定剂对PVC的热稳定作用
• 3.2.1 稀土热稳定剂对PVC刚果红时间的影响
• 3.2.2 稀土热稳定剂对PVC热老化颜色的影响
• 3.2.3 稀土热稳定剂对PVC加工性能的影响
• 3.2.4 热稳定性综合分析
• 3.3 稀土热稳定剂与钙/锌热稳定剂协同效应的研究
• 3.3.1 稀土热稳定剂与Cast协效性
• 3.3.2 稀土热稳定剂与Znst协效性
• 3.4 稀土热稳定剂对PVC的作用机理分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 无毒复合热稳定剂设计及性能测试
• 4.1 试验配方设计
• 4.2 复合热稳定剂配方的确定
• 4.2.1 主稳定剂的确定
• 4.2.2 β-二酮添加量的确定
• 4.2.3 亚磷酸酯添加量的确定
• 4.2.4 抗氧剂添加量的确定
• 4.2.5 吸酸剂添加量的确定
• 4.3 复合热稳定剂性能测试
• 4.3.1 烘箱老化法
• 4.3.2 加工性能测试
• 4.3.3 力学性能测试
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 XRD图谱
• 附录2 流变曲线
• 附录3 维卡软化点的测定曲线
• 致谢