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聚氯乙烯(PVC)是五大通用塑料之一,但其热稳定性差,在160-200℃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,因此研究新型、高效、低毒性的热稳定剂具有重要意义和较好的应用前景。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、环保、长期热稳定性好等优点。
运用皂化反应的机理,本研究用氯化稀土分别和硬脂酸、柠檬酸、马来酸合成硬脂酸稀土、柠檬酸稀土和马来酸稀土。采用单因素分析方法,研究投料比、反应温度及反应时间对转化率的影响,得出最佳反应条件为:氯化稀土过量1%,反应温度为75℃,反应时间为0.5 h时,产物转化率最高。
以三种酸稀土为热稳定剂,CPE作为其增容剂,轻质碳酸钙为填料,同时加入硬钡、硬铅、硬脂酸、石蜡等助剂,对PVC进行共混改性。用红外光谱(FTIR)对三种稀土和稀土改性的PVC结构进行表征。用扫描电子显微镜(SEM)观察其表面形态。从图像结果可以看出三种酸稀土已经合成,对PVC的塑化效果好,还兼具偶联、增韧作用,可促进PVC体系凝胶化,降低熔体粘度,改善其加工性能。
对用稀土改性的PVC的动态稳定性、静态稳定性、力学性能进行测试。测试结果表明:稀土稳定剂改性的PVC热稳定性不如铅盐热稳定性,但是其力学性能却优于铅盐热稳定剂改性的PVC。稀土助剂对PVC有一定的热稳定效果。稀土助剂对PVC制品拉伸性能、冲击性能的改善是十分突出的。
通过对改性PVC的性能测试,探讨稀土稳定剂的热稳定原理:稀土金属离子半径较大,有较多的空轨道,有利于与有机物和无机物形成配位体和螯合物,所以稀土与PVC形成配位络合物,使PVC分子中的氯原子(特别是不稳定的烯丙基氯和叔氯)趋于稳定,阻碍HCI的脱出,降低HCl对PVC的催化降解作用,提高体系的稳定性,达到PVC对稳定性的要求。
PVC工业的发展必将带动热稳定剂的大量需求。近年来,全球卫生、安全、环保的法规日益严格,全球热稳定剂的无铅化势在必行。高效、低毒、复合型、无污染是目前热稳定剂的发展趋势,因此发展一种具有我国自主知识产权的成本低、高效、低毒的优质PVC热稳定剂是具有重要意义的。