CN101602863A - 用于pvc加工的环保型无尘钙锌复合热稳定剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于PVC加工的环保型无尘钙锌复合热稳定剂，包括以下三类组分及含量：主稳定剂金属皂20～80％，辅助稳定剂10～60％，润滑剂5～30％，并给出了制备方法；本发明的优点为热稳定性优良，生产和使用成本低，高效无毒，符合环保的要求。
Description
技术领域：
本发明属于专用化学品领域，具体涉及PVC制品生产所需的热稳定剂。
技术背景：
PVC(聚氯乙烯)制品的生产需要使用热稳定剂，以延缓或防止热加工过程中PVC分子的拉链式降解，并延长制品的使用寿命。PVC热稳定剂按成分可分为铅类、镉类、金属皂类、有机锡类等等，其中以铅类稳定剂应用最为广泛。但近年来，随着生态环境的持续恶化，人们对环保问题的认识日益深刻，各项环保法规日益完善，铅、镉等重金属盐类稳定剂正逐步被不含重金属的环保型稳定剂所取代。PVC热稳定剂的环保化方向主要集中在有机锡和钙/锌两方面，并都已取得了成功并已大量推广应用。与锡稳定剂相比，钙/锌化合物在对环境和人体的影响上具有更大的优越性，被国内外医学界普遍认为是更为安全的产品，可用于食品卫生领域。
钙锌稳定剂在国外的开发起步较早，几大全球知名的热稳定剂生产企业数年前就已有大量牌号推出，如Akcros公司的Akcrostab CZ系列、OM公司的PlastiStab系列、Witco公司的Mark系列、Ferro公司的EZn-Chek系列、Barlocher公司的Baropan系列等。这些产品从配方结构上可大致分为四种基础体系：以多元醇和金属皂类为基础的、以羟基碳酸镁化合物(水滑石)为基础的、以钙\铝羟基亚磷酸盐为基础的和以沸石为基础的。所有这些体系都包括主稳定剂、辅助稳定剂和润滑剂，但各自的品种和数量都不同。钙锌稳定剂的热稳定性能一方面可以通过调整钙/锌比来实现，另一方面在更大程度上依赖于各种辅助稳定剂，尤其是高活性的有机辅助稳定剂对其稳定效果的改善。
钙锌稳定剂在国外已得到了广泛应用，在我国当前及今后环保化的大势所趋下，也已成为各加工企业铅稳定剂替代品的首选，但进口钙锌稳定剂高昂的价格令多数PVC制品加工企业难以接受，而目前市面上的国产钙锌稳定剂性能又不够成熟，无法满足市场需求。
发明内容：
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种热稳定性优良，生产和使用成本低，高效无毒的用于PVC加工的环保型无尘钙锌复合热稳定剂产品及制备方法。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种用于PVC加工的环保型无尘钙锌复合热稳定剂，包含以下三类组分：
1.主稳定剂金属皂：20～80％，优选20～60％
所述金属皂主要为锌皂和钙皂的组合物，或再辅以稀土(成分以镧、铈等镧系元素为主)皂，其酸根部分为含碳原子数为6～30，优选10～20的、饱和或不饱和的直链烷基或环烷基羧酸，碳链上可以含有或不含羟基、环氧基、脂环基、芳香基或烷基化的芳香基，如硬脂酸、羟基硬脂酸、软脂酸、油酸、亚油酸、月桂酸、2-乙基辛酸、十四烷酸、二十二烷酸、褐煤酸、蓖麻油酸、椰子油酸、异萘烷酸、三烷基乙酸、环烷酸、松香酸、安息香酸和合成脂肪酸中的一种或其组合物。
2.辅助稳定剂：10～60％，优选30～60％
所述辅助稳定剂主要包括弱碱性无机物(如水滑石、沸石、钙\铝羟基亚磷酸盐等)、多元醇(如季戊四醇、双季戊四醇等)或改性(如以脂肪酸部分酯化)的多元醇(如日本东都公司的Tohtlixer-101、日本味之素公司的ST-220等)、亚磷酸酯(如亚磷酸三苯酯、亚磷酸三壬基苯酯、亚磷酸一苯二异辛酯等)、β-二酮类化合物(如硬脂酰苯甲酰甲烷、二苯甲酰甲烷等)、环氧化物(如环氧大豆油)和抗氧剂(如BPA、BHT、1010等)中的一种或其组合物。
3.润滑剂：5～30％
所述润滑剂主要包括各种饱和烃类(如石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡等)、脂肪酸类(如硬脂酸)、脂肪酸酯类(如各种硬脂酸酯、褐煤酸酯等)、脂肪醇类(如硬脂醇、软脂醇等)和脂肪族酰胺类中的一种或其组合物。
上述百分比均为质量百分比。
一种制备上述环保型钙锌复合热稳定剂的方法，包括向反应釜中投入脂肪酸，熔化后投入氧化锌、氢氧化钙或/和稀土金属氧化物，反应生成金属皂，反应至料相均匀，依次投入上述润滑剂和功能助剂，搅拌均匀后出料，制片得本发明产品。
具体包括以下步骤：
1、合成稀土皂
向反应釜中投入脂肪酸，升温使其熔化，投入催化剂，所用催化剂为过氧化物、低碳脂肪酸和硫酸的混合溶液，混和比例依次为29∶70∶1(质量比)，所述混合溶液的加入量为所述脂肪酸加入量的3～4％，投入稀土金属氧化物(Re2O3)，在120～130℃保温反应3～4hr，出料备用，所述脂肪酸与稀土金属氧化物(如氧化镧)的投量比例为6∶1(摩尔比)，化学反应式如下：
6RCOOH+La2O3→2(RCOO)3La+3H2O↑
2、合成锌皂
向反应釜中投入脂肪酸，升温使其熔化，然后边搅拌边投入氧化锌，继续升温，当温度升至100～150℃，最好130～140℃时，加入催化剂，所述催化剂为过氧化物或低碳脂肪酸或二者的混合物(所述过氧化物和低碳脂肪酸的质量混合比例为1∶9～9∶1)，所述催化剂的用量为本步骤中脂肪酸加入量的1～5％，优选3～4％，在130～140℃下保温反应至熔液由乳浊逐渐澄清。化学反应式如下：
2RCOOH+ZnO→(RCOO)2Zn+H2O↑
3、合成钙皂
向步骤2的反应釜中投入氢氧化钙，在130～140℃下反应15～30min，使物料相态均匀，化学反应式如下：
2RCOOH+Ca(OH)2→(RCOO)2Ca+2H2O↑
步骤2和步骤3中所述脂肪酸与所述金属化合物(氧化锌+氢氧化钙)总量的投量比例为2∶1(摩尔比)。
4、将步骤1中所制备的稀土皂加入到步骤3的反应釜中与步骤2、3所制备的钙锌复合皂混和，并依次投入5～30％润滑剂和10～60％辅助稳定剂，所述辅助稳定剂在此温度的熔液中不会因发生化学反应而损耗(如亚磷酸酯、多元醇、水滑石、沸石等)，混和均匀后放入成型设备，制成片状，得本发明产品；若组分中有高活性助剂(含功能性官能团的化学活性较高的有机原料如β-二酮类化合物、抗氧剂、环氧化合物等)，则需将其它组分先行混合、制片并冷却至室温后，再加入高活性助剂于混和器中混和均匀，然后放入成型设备，制成片状，得本发明产品。
上述百分数均为质量百分数。
本发明的优点是：
1.同类产品所用主稳定剂金属皂多为成品，其最为广泛采取的生产工艺是复分解法，即在水相中通过皂化和置换两步反应进行，本发明采用熔融法工艺通过一步直接催化法自行合成，既可以实现单组分皂盐的单独合成，也可按配方既定的比例在同一反应釜内同时合成多种金属皂，不但可缩短工艺流程，降低生产成本，避免废水产生，而且相对于粉体钙锌稳定剂各组分在常温下的简单机械混配，在同一反应釜内同时合成钙锌复合皂，熔融态下的分子级共生更有利于其原子次外层“d”电子轨道处于半充满的稳定状态的“d-d络合物”的形成，从而能够将钙锌体系的协效稳定作用发挥到极致。
2.同类产品多为通过一步简单的物理混和而成的粉体，在生产和使用过程中粉尘较大。本发明设计的生产工艺流程将化学合成与物理合成相衔接，在物理合成中又采取液相复配与固相复配相结合的方法，使最终产品为片状，解决了产品生产和使用过程中的粉尘问题。
3.同时，通过液相复配不但使配方各组分的混合均匀度达到分子级别，从而能够最大限度地发挥其协效稳定作用，而且由于产品配方中的润滑组分对稳定组分在微观上实现了包覆，能够提高其在树脂中的分散性能和加工性能，利于降低加工能耗。
具体实施方式：
实施例1：
向反应釜中投入硬脂酸575Kg，熔化后投入氧化锌55Kg，升温至130℃，投入双氧水20Kg，于130℃反应15min，至物料澄清，投入氢氧化钙25Kg，反应15min，至物相均匀，依次投入聚乙烯蜡200Kg、季戊四醇150Kg、亚磷酸三苯酯50Kg，搅拌均匀后出料，制片得本发明产品。
实施例2：
向反应釜中投入硬脂酸290Kg、月桂酸265Kg，熔化后投入氧化锌63Kg，升温至130℃，投入双氧水20Kg，于140℃反应20min，至物料澄清，投入氢氧化钙30Kg，反应20min，至料相均匀，依次投入聚乙烯蜡100Kg、硬脂醇25Kg、单硬脂酸甘油酯25Kg、双季戊四醇100Kg、水滑石100Kg、亚磷酸三壬基苯酯40Kg，搅拌均匀后出料制片，冷却至室温后转入混合器，投入二苯甲酰甲烷10Kg，混匀后出料得成品。
实施例3：
向反应釜中投入硬脂酸850Kg，升温使其熔化，90℃时投入含70％的醋酸、29％的双氧水和1％的硫酸的混合溶液30Kg，于95℃投入氧化镧170Kg，在120℃保温反应3hr，出料制片得中间体硬脂酸镧备用。
向反应釜中投入软脂酸360Kg，融化后投入氧化锌40Kg，升温至130℃，投入双氧水与醋酸质量比为3∶1的混合液18Kg，于130℃反应25min，至物料澄清，投入氢氧化钙15Kg，反应25min，至料相均匀，依次投入聚乙烯蜡150Kg、硬脂醇25Kg、单硬脂酸甘油酯25Kg、硬脂酸镧50Kg、ST-220100Kg、水滑石50Kg、沸石50Kg、亚磷酸一苯二异辛酯50Kg，搅拌均匀后出料，制片，冷却至室温后转入混合器，投入环氧大豆油50Kg、硬脂酰苯甲酰甲烷50Kg，混匀后出料，压片得成品。
Claims (5)
1、一种用于PVC加工的环保型无尘钙锌复合热稳定剂，其特征在于包括以下三类组分及含量：主稳定剂金属皂20～80％，所述金属皂为锌皂和钙皂的组合物；辅助稳定剂10～60％，所述辅助稳定剂包括弱碱性无机物、多元醇、改性的多元醇、亚磷酸酯、β-二酮类化合物、环氧化物和抗氧剂中的一种或其组合物；润滑剂5～30％，所述润滑剂主要包括各种饱和烃类、脂肪酸类、脂肪酸酯类、脂肪醇类和脂肪族酰胺类中的一种或其组合物；上述百分比均为质量百分比。
2、根据权利要求1所述的用于PVC加工的环保型无尘钙锌复合热稳定剂，其特征在于所述金属皂还可包括稀土皂。
3、根据权利要求1或2所述的用于PVC加工的环保型无尘钙锌复合热稳定剂，其特征在于所述金属皂质量含量为20～60％，所述辅助稳定剂质量含量为30～60％。
4、一种制备权利要求1所述复合热稳定剂的方法，其特征在于包括向反应釜中投入脂肪酸，熔化后投入氧化锌、氢氧化钙或/和稀土金属氧化物，反应生成金属皂，反应至料相均匀，依次投入上述润滑剂和功能助剂，搅拌均匀后出料，制片得本发明产品。
5、根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于包括以下具体步骤：
a、向反应釜中投入脂肪酸，升温使其熔化，投入催化剂，所用催化剂为过氧化物、低碳脂肪酸和硫酸的混合溶液，所述混合溶液质量混和比例依次为29∶70∶1，所述混合溶液的加入量为本步骤中所述脂肪酸加入量的3～4％，投入稀土金属氧化物，在120～130℃保温反应3～4hr，出料备用，所述脂肪酸与稀土金属氧化物的投量摩尔比为6∶1；
b、向反应釜中投入脂肪酸，升温使其熔化，然后边搅拌边投入氧化锌，继续升温，当温度升至100～150℃加入催化剂，所述催化剂为过氧化物或低碳脂肪酸或二者的混合物，所述过氧化物与低碳脂肪酸的质量混合比例为1∶9～9∶1，所述催化剂的用量为本步骤中脂肪酸加入量的1～5％，130～140℃保温反应至熔液由乳浊逐渐澄清；
c、向步骤b的反应釜中投入氢氧化钙，在130～140℃下反应至物料相态均匀，步骤b和步骤c中所述脂肪酸与所述金属化合物氧化锌和氢氧化钙总量的投量摩尔比例为2∶1；
d、将步骤a中所制备的稀土皂加入到步骤c的反应釜中与步骤b、c所制备的钙锌复合皂混和，并依次投入5～30％润滑剂和10～60％辅助稳定剂，混和均匀后放入成型设备，制成片状，得本发明产品；若组分中有高活性助剂，则需将其它组分先行混合、制片并冷却至室温后，再加入高活性助剂于混合器中混和均匀，然后放入成型设备，制成片状，得本发明产品；上述各步骤中百分数均为质量百分数。
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