水滑石/钙锌复合热稳定剂的制备及应用研究

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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。
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