PVC用钙锌复合稀土液体热稳定剂的配方设计

PVC用钙/锌复合稀土液体热稳定剂的配方设计

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时间：2011-10-26 09:31 来源： 阿里巴巴塑料价格库

PVC用钙/锌复合稀土液体热稳定剂的配方设计

曹国豪1,凌秋灵2,崔艳艳1,陈金鹏2,刘晓暄1

(1广东工业大学材料与能源学院,广东 广州 510006;2广东广洋高科技股份有限公司,广东 广州 511356)

摘 要：合成了作为PVC热稳定剂的主要成分的钙和锌脂肪酸盐以及稀土脂肪酸盐,调节稳定剂其它辅助成分,复合制备了具有环保优势的新型钙/锌复合稀土液体热稳定剂。并对其复合配方进行了正交设计优化实验。通过静态热稳定实验和刚果红试验对钙/锌复合稀土液体热稳定剂的热稳定性能进行了表征。研究结果表明:在其它主稳定剂成分的分数不变时,适当的调节辅助稳定剂的比例可以达到一个比较理想的效果。

关键词：钙/锌复合稀土;液体热稳定剂;聚氯乙烯;环保型;正交设计

热稳定剂是塑料助剂的重要组成部分,也是聚氯乙烯(PVC)加工中不可缺少的主要助剂。随着我国PVC工业的快速发展,带动了我国塑料热稳定剂研究与开发、生产与应用的快速发展[1]。PVC具有优良的耐腐蚀性和很高的力学性能,且价格低廉、资源丰富、制造工艺成熟,因此其制品被广泛应用于工农业生产的各个领域。PVC在加工中由于热和机械剪切作用会产生降解,存在着热稳定性差、易分解的缺点,因此加工时必须使用热稳定剂,以阻止或延缓分解。常用的热稳定剂有铅盐类、金属皂类、有机锡类、稀土类等[2]。铅盐类稳定剂具有优良的热稳定性能以及优良的电绝缘性和耐候性,但毒性大,对人体健康有极大的危害。有机锡类稳定剂能够使透明制品保持很高的透明度,并且用量较少,但是价格昂贵。所以这些稳定剂已被逐步禁止或限制使用。当前,开发和研制低或无毒、高效、价格低廉的环境友好型稳定剂已成为PVC加工领域中一个紧迫的课题。

目前国内外出现的新型PVC热稳定剂主要有钙/锌复合热稳定剂和稀土热稳定剂等品种。钙/锌类稳定剂是近年来复合稳定剂中最活跃的研发前沿产品,但国内、外的热稳定剂在质量上还存在较大的差距[3-4]。而稀土类稳定剂是继铅系、金属皂类,有机锡类等PVC加工热稳定体系之后的新型热稳定体系,在二十世纪八十年代由我国最先开发[5]。同时我国的稀土储存量非常丰富,充分利用资源上的优势,为稀土类复合稳定剂的发展提供了很好的基础条件。结合钙/锌类稳定剂无毒,成本低廉和稀土类稳定剂无毒高效的优点,复配合成出一种兼两者之长的优秀稳定剂。

本文的设计思路就是将钙/锌类稳定剂和稀土类稳定剂作为新型热稳定剂的主要成分,调节其中的辅助成分,通过正交设计实验出一个综合性能较为优越的液体稳定剂配方。

1·实验部分

1·1 试剂与仪器

PVC树脂S-1000,工业级,齐鲁石化;亚磷酸三苯脂,化学纯(C·P·),上海试剂一厂;邻苯二甲酸二辛酯(DOP),分析纯(A·R·),天津大茂化学试剂厂;环氧大豆油油酸辛酯(ED3),工业级;丙三醇,分析纯(A·R·),天津大茂化学试剂厂;抗氧化剂1076,工业级,北京迪龙贸易有限公司;β-二酮类辅助热稳定剂,工业级,北京恒瑞硕源科技有限公司;无水乙醇,分析纯(A·R·),天津大茂化学试剂厂;油酸,分析纯(A·R·),天津大茂化学试剂厂;氢氧化钠,分析纯(A·R·),天津大茂化学试剂厂;氯化钙,分析纯(A·R·),天津大茂化学试剂厂;硫酸锌,分析纯(A·R·),天津大茂化学试剂厂;稀土热稳定剂,实验室自制。pH试纸;刚果红试纸;可控油浴加热装置机械搅拌装置一套;电子天平;秒表; 702型电鼓风箱,大连干燥箱厂;开放式炼塑机,型号SK-160B,中国上海轻工机械股份有限公司上海橡机械厂平板硫化机(热压),型号QLB-D350ⅹ350ⅹ2-0·25MN,上海橡胶机械一厂平板硫化机(冷压),型号ST92-70,广州皮革机械厂。

1·2 实验配方

根据本实验室前期的一些准备实验和相关的文献报道[8-9],对于主要稳定剂成分和一些辅助成分就将它们固定分数,以减少因数,主要是钙离子和锌离子的质量分数,多元醇的比例以及稀土热稳定剂和钙/锌稳定剂的配比。设计实验的目的就是考虑辅助组分对整个配方的性能的影响。具体的正交实验配方采用L9(34)的标准正交表进行设计,具体可见表1、表2和表3。

1·3 油酸钙与油酸锌的合成

将一定量油酸溶解在乙醇,配制成油酸乙醇溶液。然后加入氢氧化钠到溶液中,在80℃~90℃之间搅拌反应2h。通过加入少量的稀盐酸调节体系的pH值,使pH≤8。最后加入所需要的氯化钙或者硫酸锌,搅拌15min。冷却静止,分离出沉淀物,同时用大量的蒸馏水洗涤沉淀物,至质量不再减少为止。然后在鼓风烘箱里60℃~70℃干燥沉淀物,即为油酸钙或者油酸锌盐。

1·4 钙/锌复合稀土热稳定剂的复配

复配步骤:

(1)将β-二酮,亚磷酸酯,抗氧化剂1076、DOP以及丙三醇加到三口烧瓶中,保持温度在90℃左右搅拌均匀;

(2)搅拌15 min后缓慢加入油酸钙和油酸锌到烧瓶中,此时搅拌速度可以适当加快,待固体基本溶解后加入环氧大豆油酸辛脂;

(3)反应20 min之后加入稀土热稳定剂;

(4)继续反应30 min后冷却,收料。产物为暗红色的透明澄清溶液,无特殊气味。

1·5 试样制备

试样配方为: PVC100g, DOP50g,热稳定剂3g。按配方将物料在研钵中充分研混均匀,混合物置于120℃烘箱中20min,使PVC充分吸收助剂,冷却得到干混料试样。

1·6 热烘法

参照ASTM 2115—67,将制得的PVC试片剪成1 cm×l cm的片状试样,置于铝箔纸上,放入170℃的烘箱中,每隔10 min取样观察试样的变色情况以评定其热稳定性。

1·7 刚果红试验

参照GB291782《聚氯乙烯热稳定性测试方法》,将制得的PVC试片剪成2mm×2mm的粒状试样,装入试管中,轻微振动填实后,用塞子塞住试管,试管中心是玻璃管,将长30mm,宽10mm的刚果红试纸一端折叠插入玻璃管内,使刚果红试纸条最低边沿距样品表面25 mm。将准备好的试管浸入170℃的油浴中,进入深度为使样品的表面与油面在同一个水平线上。记录从试管插入油浴到试纸由红色开始变蓝所需的时间即为稳定时间,每个样品测量2次,取平均值。

2 结果与讨论

2·1 静态热稳定性

用热烘法所得的各实验配方的静态热稳定性能的结果列于表4。

表4中的颜色变化分为八个级别,分别为:无色→微黄→浅黄→黄色→金黄→红棕→暗红→暗黑,将其色度级别划分从左往右为8~1级色度,并按其为每一实验评分分别为8~1分,再将其与正交实验设计的理论分析值比较求其极差值。极差结果分析表明:亚磷酸三苯脂,抗氧化剂1076,环氧大豆油和β-二酮类的极差值分别为2·67、1·66、0·67和1。因而对于静态的热稳定性能来说,亚磷酸三苯酯的影响性最大,抗氧化剂1076次之。从实验的结果分析还发现,其添加

的剂量不是越多越好,两者都在添加7·5份的情况下,静态热稳定性是最好的。当继续增加份数到10份的时候均出现性能下降的趋势。相比之下,环氧大豆油和β-二酮类对于静态的稳定性能影响不大。

2·2 初期着色性

初期着色性以将实验放到烘箱里做静态热稳定性能时,10min后取出的试样的颜色为标准。因为经过10min的热烘比较接近实际的PVC生产加工过程,故以热 …… 此处隐藏：2191字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……