CN103740004A - 轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂及其制备方法 - Google Patents

轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及聚氯乙烯成型加工领域，具体地说是一种VC成型加工用复合热稳定助剂及其制备方法。稳定助剂的原料组成及重量份数为：轻稀土-镁水滑石：100～120份，姜黄素：20～90份，硬脂酸钙：20～40份。其制备方法包括：将轻稀土-镁水滑石与硬脂酸钙预混合均匀，在100~120oC机械搅拌混合3小时，搅拌机转速为400-800转/分钟，物料冷却至40~60oC，得到物料预混合物；将姜黄素与物料预混合物混合均匀，在40~60oC机械搅拌混合2小时，搅拌机转速为300-500转/分钟，物料冷却至室温，得到复合热稳定助剂。本发明原料来源广泛，成本低，对环境友好，具有优异的强度和韧性。

Description

轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚氯乙烯成型加工领域，具体地说涉及一种适于深色硬质聚氯乙烯制品的环境友好的PVC成型加工用轻稀土水滑石-姜黄素-钙复合热稳定助剂及其制备方法。
背景技术
目前，市场出售的PVC 行业使用的热稳定剂有重金属类热稳定剂和有机锡类热稳定剂以及钙锌/镁铝水滑石复合稳定剂，重金属类热稳定剂有毒不受用户欢迎，有机锡类热稳定剂价格昂贵，钙锌/镁铝水滑石复合稳定剂力学性能较差。
水滑石可以缓和PVC的降解速度，提高PVC的加工热稳定性能。轻稀土水滑石因轻稀土元素特殊核外电子结构和较大的离子半径，对PVC具有一定的热稳定作用，兼具促进熔融、偶联、内增塑和增韧等功能。姜黄素提取于姜科植物根茎，略带酸性，在酸性条件下结构稳定。姜黄素因其源于天然、确切的多种生物活性，广泛应用于食品、医药、化妆等领域。姜黄素因其优异的抗氧化作用和β-二酮结构，可以吸收PVC成型加工过程中产生的自由基。PVC降解过程中释放的氯化氢使PVC的成型加工体系具有一定的酸性，因此，姜黄素适宜作为PVC的加工助剂。硬脂酸钙是无毒、环保加工助剂，适用于挤出、压延、吹塑和增塑等成型加工工艺，此外，硬脂酸钙对PVC的成型加工具有良好的润滑作用。
基于我国丰富的稀土资源和成熟的分离加工技术，以及来源广泛的姜黄素，开发环境友好的、具有自润滑性能的轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定剂，替代有毒的重金属类热稳定剂和部分替代价格昂贵的有机锡类热稳定剂，以期扩大我国PVC行业无毒热稳定剂品种。
发明内容
本发明的发明目的在于针对现有技术重金属类热稳定剂有毒，有机锡类热稳定剂价格昂贵的不足，一是提供一种适宜PVC深色制品的、环境友好的、具有自润滑性能的PVC成型加工用轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，二是提供一种轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂的制备方法。
实现上述目的采用以下技术方案：
一种硬质PVC用轻稀土水滑石复合热稳定助剂，其特征在于，构成热稳定助剂的原料组成及重量份数为：轻稀土-镁水滑石：100～120份，姜黄素：20～90份，硬脂酸钙：20～40份。 
作为优选方案，所述的轻稀土水滑石为镧镁水滑石、钕镁水滑石、铈镁水滑石、铕镁水滑石、镧钕镁水滑石、镧铈镁水滑石、镧铕镁水滑石、钕铈镁水滑石、钕铕镁水滑石、铈铕镁水滑石中的一种或两种。
一种硬质PVC用轻稀土水滑石复合热稳定助剂的制备方法，包括如下步骤：
（1）按重量份数计，将轻稀土-镁水滑石与硬脂酸钙预混合均匀，在100~120 oC机械搅拌混合3 小时，搅拌机转速为400-800 转/分钟，物料冷却至40~60 oC，得到物料预混合物；
（2）按重量份数计，将姜黄素与步骤（1）所得物料预混合物混合均匀，在40~60 oC机械搅拌混合2 小时，搅拌机转速为300-500 转/分钟，物料冷却至室温，得到轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂。采用上述技术方案，本发明所述轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，与市售钙锌/镁铝水滑石复合稳定剂相比，具有以下优点：
（1）轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂对PVC具有优异的加工热稳定作用，加工热稳定时间为22～46 分钟，
（2）轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂对PVC具有润滑作用，PVC/轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂的熔体流动性好，制品易脱模。 
（3）PVC/轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂具有优异的冲击强度和良好的韧性。冲击强度为7.8～25.6 kJ·m-2，拉伸强度为36.1～47.8MPa，断裂伸长率为69～193.9%。
稀土和姜黄素来源广泛，对环境友好。尤其是姜黄素源于可再生资源——姜科植物根茎，价格低廉，酸性条件下结构稳定，具有优异的抗氧化性，可以吸收PVC成型加工过程中产生的自由基。轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂的原料丰富，成本低；配方组成和制备工艺简单。因此，本发明所述轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂可以做到“绿色”生产和应用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的描述。
本实施例公开的是一种适宜深色PVC制品的PVC成型加工用轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂及其制备方法。
实施例1
镧镁水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，按照重量份数计，镧镁水滑石100份，姜黄素10份，硬脂酸钙20份。
将镧镁水滑石与硬脂酸钙预混合均匀，在100 oC机械搅拌混合3 小时，搅拌机转速为500±20 转/分钟得到物料预混合物。物料预混合物冷却至50 oC后，与姜黄素预混合均匀，在50 oC机械搅拌混合2 小时，搅拌机转速为300 转/分钟。物料冷却至室温，即可得到镧镁水滑石-姜黄素复合热稳定助剂。
实施例2
镧钕镁水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，按照重量份数计，取镧镁水滑石60份，钕镁水滑石45份组成镧钕镁水滑石105份，姜黄素90份，硬脂酸钙40份。
将镧钕镁水滑石105份与硬脂酸钙预混合均匀，在120 oC机械搅拌混合3 小时，搅拌机转速为700±20 转/分钟得到物料预混合物。物料预混合物料冷却至60 oC后，与姜黄素预混合均匀，在60 oC机械搅拌混合2 小时，搅拌机转速为500 转/分钟。物料冷却至室温，即可得到镧钕镁水滑石-姜黄素复合热稳定助剂。
实施例3
钕镁水滑石/铈铕镁水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，按照重量份数计，钕镁水滑石40份，铈铕镁水滑石60份，姜黄素90份，硬脂酸钙20份。
将钕镁水滑石、铈铕镁水滑石与硬脂酸钙预混合均匀，在110 oC机械搅拌混合3 小时，搅拌机转速为600±20 转/分钟得到物料预混合物。物料预混合物料冷却至50 oC后，与姜黄素预混合均匀，在50 oC机械搅拌混合2 小时，搅拌机转速为400 转/分钟。物料冷却至室温，即可得到钕镁水滑石/铈铕镁水滑石-姜黄素复合热稳定助剂。
实施例4
铈镁水滑石/镧铕镁水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，按照重量份数计，铈镁水滑石60份，镧铕镁水滑石50份，姜黄素50份，硬脂酸钙30份。
将铈镁水滑石、镧铕镁水滑石与硬脂酸钙预混合均匀，在105 oC机械搅拌混合3 小时，搅拌机转速为450±20 转/分钟得到物料预混合物。物料预混合物料冷却至50 oC后，与姜黄素预混合均匀，在50 oC机械搅拌混合2 小时，搅拌机转速为400 转/分钟。物料冷却至室温，即可得到铈镁水滑石/镧铕镁水滑石-姜黄素复合热稳定助剂。
轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂在硬质PVC中的应用
PVC与轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂的配方物料按重量份数计：PVC 100份，轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂3份。PVC和轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂预混合均匀，在40~50 oC机械搅拌60~90 分钟，搅拌机转速为为800±20转/分钟。PVC与市售钙锌/镁铝水滑石复合稳定剂配方物料的制备，与PVC/轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂体系相同。
参照GB/T2917-1982，对PVC配方物料进行刚果红实验，记录刚果红试纸开始变蓝的时间即为PVC静态热稳定时间。平行测定3次取平均值。
采用转矩流变仪测试PVC配方物料的流变性能，转速35转/分钟，混炼器的三区温度分别为185 oC、185 oC、185 oC，每次物料重量为64.0 g。平行测定3次取平均值。
PVC配方物料在开放式混炼机上混炼10 分钟，平板压片机上压成4 mm的板材，利用万能制样机制备所需的样条，进行力学性能测试。拉伸性能按GB/T1041-2006测定，速率为10 毫米/分钟；冲击强度按GB/T1843-1996在悬臂梁冲击试验机上测定。每组试样平行测定5次取平均值。
 
本发明实施例复合热稳定助剂对PVC性能的影响，与市售钙锌/镁铝水滑石复合稳定剂的比较如下表所示。
Figure 954144DEST_PATH_IMAGE001
本发明所述轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂适用于硬质PVC的成型加工，使用方法如下：
（1）配方（重量份数）
PVC  100份
本发明轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂  3-5份
ACR（加工改性剂）  1.5-2份
抗冲击改性剂  8-10份
活性轻钙  10-15份
炭黑  3-4份
PE蜡  0.5-1份
（2）工艺
配方物料预混合均匀后，在100-110 oC机械搅拌混合2小时，搅拌机转速为400-800 转/分钟，冷却至40-45 oC后，在30-40 oC继续搅拌1小时，得到物料预混合物。
双螺杆挤出机：配方物料在110-120度搅拌混合，一区175-185，二区175-189，三区175-185，四区180-185，五区175-180，六区170-175，模头185-190。使用本发明轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，具有制品表面光洁度好、尺寸变化率低，工艺性能良好等突出优点。
上述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，其特征在于，构成热稳定助剂的原料组成及重量份数为：轻稀土-镁水滑石：100～120份，姜黄素：20～90份，硬脂酸钙：20～40份。
2.根据权利要求1所述的轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂，其特征在于，所述的轻稀土水滑石为镧镁水滑石、钕镁水滑石、铈镁水滑石、铕镁水滑石、镧钕镁水滑石、镧铈镁水滑石、镧铕镁水滑石、钕铈镁水滑石、钕铕镁水滑石、铈铕镁水滑石中的一种或两种。
3.一种权利要求1所述轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂的
制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按重量份数计，将轻稀土-镁水滑石与硬脂酸钙预混合均匀，在100~120 oC机械搅拌混合3小时，搅拌机转速为400-800 转/分钟，物料冷却至40~60 oC，得到物料预混合物；
（2）按重量份数计，将姜黄素与步骤（1）所得物料预混合物混合均匀，在40~60 oC机械搅拌混合2小时，搅拌机转速为300-500 转/分钟，物料冷却至室温，得到轻稀土水滑石-姜黄素复合热稳定助剂。
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