不同热稳定剂复配体系对PVC热稳定性的影响.pdf
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1、712023 年 8 月不同热稳定剂复配体系对 PVC 热稳定性的影响不同热稳定剂复配体系对 PVC 热稳定性的影响马睿文1,马西涛1,王迎欣1,吴旅良3,洪颖3,晏敏辉3,邵航喆2,吴亚芊2*,赵丰1*(1.江西科技师范大学有机功能分子研究所,江西南昌,330013;2江西科技师范大学化学化工学院,江西南昌,330013;3江西宏远化工有限公司,江西宜春,336400)摘 要:以硬脂酸钙、硬脂酸锌和 1,3-二甲基-6-氨基脲嘧啶进行复配,采用静态热老化法、刚果红法、转矩流变仪法、热重分析法对不同比例复配的复合型 PVC 热稳定剂的热稳定性进行研究。结果表明:当热稳定剂的配方 Cast2、Z
2、nst2、DMAU 的复配比例为 3:1:2 时,该复合热稳定剂呈现出较好的热稳定性、白度、润滑性与抗热降解能力,能有效达到 PVC 热稳定剂的目的。关键词:聚氯乙烯;热稳定剂;复配;协同效应中图分类号:X 文献标志码:A 文章编号:1008-3103(2023)04-0071-04Effect of Different Heat Stabilizer Composites on the Thermal Stability of PVCMaRui-wen1,MaXi-tao1,WangYing-xin1,WuLv-liang3,HongYing3,YanMin-hui3,ShaoHang-zh
3、e2,WuYa-qian2*,ZhaoFeng1*(1.InstituteofOrganicFunctionalMolecules,JiangxiScienceandTechnologyNormalUniversity,NanchangJiangxi330013,China;2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering,JiangxiScienceandTechnologyNormalUniversity,NanchangJiangxi330013,China;3.JiangxiHongyuanChemicalCo.,LTD.,YichunJiangxi
4、336400,China)Abstract:Calciumstearate,zincstearateand1,3-dimethyl-6-aminouracilwereusedtocompoundPVCheatstabilizer.ThethermalstabilityofdifferentproportionsofcompoundPVCheatstabilizerwasstudiedbystaticthermalagingmethod,Congoredmethod,torquerheometermethodandthermogravimetricanalysismethod.Theresult
5、sshowedthat:WhentheformulaofheatstabilizerisCast2,Znst2,DMAUcompoundratiois3:1:2,thecompositeheatstabilizershowsbetterthermalstability,whiteness,lubricityandthermaldegradationresistance,soastoachievethepurposeofPVCheatstabilizer.Keywords:polyvinylchloride;heatstabilizer;compound;synergisticeffect基金项
6、目:江西省教育厅科技计划项目(GJJ201138);江西科技师范大学校博士科研启动基金项目(3000990507);江西科技师范大学大学生创新训练计划项目(202111318014)。作者简介:马睿文(2000),男,硕士在读,研究方向为 PVC 助剂的研究;通讯作者:吴亚芊(1989),男,讲师,博士,研究方向为PVC 助剂的研究;赵丰(1975),男,教授,博士,研究方向为助剂的设计与合成。0 引言聚氯乙烯是无定型结构非晶形的白色粉末,因其特殊的物理、化学性质,加之合成工艺成熟且生产成本低廉,使其成为全球五大通用树脂之一1。纯聚氯乙烯树脂分解温度与塑化的温度均在 160220区间,当升温至
7、 160时,聚氯乙烯会因分解产生氯化氢,进而加剧聚氯乙烯的分解,影响其加工性能。因此,在聚氯乙烯塑化成型过程中须添加热稳定剂,以使其达到塑料制品的各项性能要求2。目前常用的热稳定剂有铅盐类热稳定剂、钙锌复合热稳定剂、稀土类热稳定剂、有机锡热稳定剂、有机热稳定剂等,其稳定机理及性能各不相同。比如,铅盐类热稳定剂的稳定性较好,但是毒性较大,在多个塑料制品领域均被限制使用;稀土类热稳定剂的生产成本较高,生产工艺复杂,这限制了其大规模应用3;钙锌类热稳定剂与有机热稳定剂是近年出现的新颖、722023 年第 4 期(总第 168 期)低毒、高效的热稳定剂,受到了许多专业人士的关注4-6。本文主要探究不同
8、比例的硬脂酸钙、硬脂酸锌和 1,3-二甲基-6-氨基脲嘧啶复配形成复合热稳定剂对 PVC 热稳性能的影响,并结合塑料制品相关要求确定其最佳配比。1 实验部分1.1 实验原料PVC 树脂粉,SG-5,新疆天业(集团)有限公司;轻质碳酸钙,工业级,江西省玉山县轻质碳酸钙有限公司;硬脂酸钙(Cast2)、硬脂酸锌(Znst2),化学纯,江西宏远化工有限公司;1,3-二甲基-6-氨基脲嘧啶(DMAU),98%,安耐吉化学。1.2 主要仪器混炼式转矩流变仪,RM-200C,哈尔滨哈普电气技术有限责任公司;集热式恒温加热磁力搅拌器,DF-101S,巩义市予华仪器有限责任公司;电热鼓风干燥箱,GZX-914
9、0MBE,上海博迅实业有限公司医疗设备厂;差热分析仪,DZ3320A,南京大展机电技术研究所;高速混合搅拌机,SHR-100,张家港市伍鹏机械制造有限公司。1.3 实验原料制备将 100g PVC 树脂粉、15g 轻质碳酸钙、2.5g 热稳定剂分别加入 SHR-100 高速混合搅拌机中,作为实验材料进行混合并提前热塑化,混合后的材料用于热稳定性测试。1.4 性能测试静态热老化法:取部分塑化后的实验材料置于锡箔纸上,并将其放置在 180烘箱中进行老化实验。每隔 10min 取样,观察粉末的变色情况并且拍照记录,直到样品完全变色为止。刚果红法:依据 GB/T 2917.12002,将塑化后的实验材
10、料置于试管中(高度约 50mm),在实验材料上方约 25mm 的位置固定刚果红试纸,密封,把试管放置在 180的油浴锅中恒温,开始计时,当刚果红试纸变色时,停止计时,记录时间。转矩流变仪法:将 62g 塑化后的实验材料置于转矩流变仪中,实验温度设定为 190,转速为 45r/min,得到试样的时间-扭矩曲线。热重分析法:热重分析仪在空气氛围中的升温速率为 10/min,空气流速为 20mL/min,测试温度范围为 30800。2 结果与讨论2.1 静态热稳定性能与抗变色性能的研究由表 1 可知,在未添加热稳定剂时,纯态 PVC 的热稳定时间为 6min,在单独添加 Znst2时,PVC 的静态
11、热稳定时间稍有缩短,而在单独添加 DMAU 与 Cast2时,PVC 的静态热稳定时间显著延长;从抗变色情况来看,单独添加Znst2的 PVC 初期白度要优于其他热稳定剂,但长期抗变色能力远低于 DMAU 和 Cast2,究其原因,Cast2可以吸收 PVC 在降解过程中释放出的氯化氢,以减缓氯化氢对 PVC 进一步降解的影响。而 DMAU 中的氨基具有很强的电负性,可以取代 PVC 链上活泼的氯原子和吸收分解产物氯化氢来阻止 PVC 进一步降解7。表 1添加不同热稳定剂后 PVC 的热老化时间与刚果红试纸变色时间结果稳定剂热老化时间(min)刚果红试纸变色时间(min)0510 15 25
12、35 45 55 65 75 85无6Znst25Cast28DMAU9表 2 Znst2与 DMAU 复配后的 PVC 热老化时间与刚果红试纸变色时间Znst2:DMAU热老化时间(min)刚果红试纸变色时间(min)0510 15 25 35 45 55 65 75 851:05:11:11:20:16810129从表 2 可以看出,相较于单独添加的 DMAU 的PVC 制品,DMAU 与 Znst2复配后,初期白度与长期抗变色能力均得到了显著的改善。单独使用 Znst2时,PVC 制品在加热前期会保持相对较好的白度值,但是 5min 后会急剧变黑,究其原因,Znst2属于短效热稳定剂,产
13、生了“锌烧”现象8。在复配体系中加入DMAU 时,“锌烧”现象显著改善,这说明 DMAU 与Znst2存在一定的协同作用;在 Znst2与 DMUA 的复配比为 1:1 时,热老化时间可达 15min,且随着 DMAU的量增加,热老化时间进一步增加。在初期白度方面,当 DMAU 占比增大时,未观察到 PVC 制品发生明显的变化。当结合刚果红实验结果,优选 Znst2与 DMAU 的配比为 1:2 时,复配后的 PVC 制品的热稳定性最好。732023 年 8 月不同热稳定剂复配体系对 PVC 热稳定性的影响将一定比例的 Cast2与 DMAU 进行复配并与 PVC共混,观察其对 PVC 制品热
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