水滑石/钙锌复合热稳定剂的制备及应用研究

论文摘要

PVC树脂加工温度与热分解温度比较接近,受热熔融加工时,容易产生“开拉链式”脱去氯化氢自催化降解反应,需加入稳定剂提高PVC树脂热分解温度,使得加工正常进行。随着人们环保意识的加强及对重金属使用的限制,PVC热稳定剂的总体发展方向为无毒环保、高效及多功能化。本文在加入分散剂的水溶液中以不同摩尔比的Mg/Al合成了水滑石,并与高金属含量的钙锌皂进行了复配,从而制备了高效无毒的水滑石/钙锌复合热稳定剂。镁铝水滑石是无毒的无机层状结构材料,其层板羟基与层间碳酸根阴离子能与PVC受热产生的HCl作用,从而提高PVC的热稳定性。有关水滑石对PVC的热稳定机理和水滑石/钙锌复合稳定剂对PVC热稳定性的研究,国内外鲜有报道。首先采用了工业用水滑石对水滑石在PVC中的热稳定机理进行了研究。XRD及FT-IR研究分析表明,LDHs对PVC的热稳定作用分两个阶段:第一步,LDHs层板首先和PVC热解放出的HCl发生反应,晶粒尺寸减小;第二步Cl-进入层间和CO32-发生离子交换反应并生成MgAl-Cl-LDHs,直至Cl-与层间阴离子达到交换平衡状态。本文在晶化温度及晶化时间一定时,以不同金属摩尔比,并在不同的分散剂体系中对水滑石进行了制备,并对分散剂的用量对晶体晶形的影响进行了考察。合成水滑石的XRD分析及其对钙锌稳定剂辅助作用的结果表明:当分散剂CMC的用量为0.1%,金属摩尔比为2/1时制备的水滑石晶体层板堆积有序性高,具有良好的晶形且层间规整度较高,能大大改善PVC的长期热稳定性,对钙锌稳定剂具有很好的辅助作用。在对钙锌皂进行选择时,与硬脂酸锌及硬脂酸钙进行了交叉复配。实验结果表明,高金属含量的脂肪酸钙/芳香酸锌体系具有优异的热稳定性能。在基础配方之上,对水滑石/钙锌复合稳定剂进行了复配,对其热稳定性机理进行了研究。静态热老化试验、脱氯化氢试验、红外及热失重分析结果表明,钙锌皂单独使用时,其热稳定性很差;加入水滑石后,PVC的长期热稳定性得到明显的改善。采用静态热老化法、刚果红法及脱氯化氢法等研究手段对自制钙锌稳定剂、进口钙锌稳定剂及复合铅盐稳定剂在硬质PVC中的热稳定性能进行了考察。结果表明:自制钙锌的初期着色性与复合铅盐及进口钙锌相当,长期热稳定性优于进口钙锌。自制钙锌的降解活化能介于进口钙锌与复合铅盐之间,降解活化能的差值为1-2KJ/mol,其热稳定性达到了复合铅盐的水平,满足PVC硬制品加工的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 第2章 文献综述
• 2.1 PVC热降解
• 2.1.1 PVC热不稳定性的原因
• 2.1.2 PVC热降解的机理
• 2.2 PVC的热稳定性
• 2.2.1 热稳定剂的稳定机理
• 2.2.2 影响热稳定性的因素
• 2.3 PVC热稳定剂的分类
• 2.3.1 金属羧酸盐稳定剂
• 2.3.1.1 金属羧酸盐的稳定机理
• 2.3.1.2 钙/锌皂协同作用的机理
• 2.3.2 有机锡稳定剂
• 2.3.3 有机辅助热稳定剂
• 2.3.4 水滑石类稳定剂
• 2.3.4.1 水滑石的结构及热稳定机理
• 2.3.4.2 基本特性
• 2.3.4.3 制备方法
• 第3章 实验部分
• 3.1 主要原料及试剂
• 3.2 主要仪器及装置
• 3.3 试验方法
• 3.3.1 水滑石合成的流程图
• 3.3.2 水滑石合成试验装置图
• 3.3.3 合成产品粉末X-射线衍射分析
• 3.3.4 水滑石对PVC热稳定机理的研究
• 3.3.4.1 PVC＋LDHs在不同热老化时间的XRD分析
• 3.3.4.2 PVC＋LDHs在不同热老化时间的FT-IR分析
• 3.3.5 PVC热稳定性能的测试
• 3.3.5.1 标样的制备
• 3.3.5.2 静态热老化实验
• 3.3.5.3 FT-IR 测试
• 3.3.5.4 TG 测试
• 3.3.5.5 刚果红法实验
• 3.3.5.6 脱氯化氢实验
• 第4章 水滑石的热稳定机理的研究及其合成
• 4.1 水滑石对PVC热稳定性机理的研究
• 4.1.1 PVC＋LDHs在不同热老化时间的XRD分析
• 4.1.2 PVC＋LDHs在不同热老化时间的FT-IR分析
• 4.2 水滑石的合成
• 4.2.1 不同镁铝摩尔比对水滑石晶体的影响
• 4.2.2 自制水滑石对钙锌稳定剂辅助作用的研究
• 4.2.3 不同分散剂对水滑石晶体结构的影响
• 4.2.4 分散剂的用量对水滑石晶体结构的影响
• 第5章 水滑石/钙锌复合稳定剂的复配及热稳定性的研究
• 5.1 钙锌皂选择的确定
• 5.2 不同质量比的钙锌皂对PVC热稳定性的影响
• 5.2.1 动态热稳定性分析
• 5.2.2 静态热老化分析
• 5.2.3 脱氯化氢分析
• 5.3 水滑石对PVC热稳定性的分析
• 5.3.1 静态热老化分析
• 5.3.2 脱氯化氢分析
• 5.4 水滑石及钙锌稳定剂对PVC热稳定性的红外分析（FT-IR）
• 5.5 水滑石及钙锌稳定剂对PVC热稳定性的热失重分析（TG）
• 第6章 自制复合热稳定剂的性能研究
• 6.1 静态热老化分析
• 6.2 刚果红法分析
• 6.3 脱氯化氢分析
• 6.3.1 诱导时间
• 6.3.2 活化能
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录