CN112724558B - 一种复合型pvc热稳定剂及其制备方法 - Google Patents

一种复合型pvc热稳定剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及PVC塑料领域，具体公开了一种复合型PVC热稳定剂及其制备方法，复合型PVC热稳定剂包括如下重量份的组分：硬脂酸钙：30‑40份；硬脂酸锌：30‑50份；辅助稳定剂：13‑30份；增容剂：3‑5份；抗氧化剂：1‑3份；所述辅助稳定剂包括如下重量份的组分：6‑疏基己醇：5‑10份；二巯基丙烷磺酸钠：3‑8份。本申请的复合型PVC热稳定剂可抑制“锌烧”现象，使得PVC在加热环境不易变色发黑；同时，不易出现“喷霜现象”。

Description

一种复合型PVC热稳定剂及其制备方法
技术领域
本申请涉及PVC塑料领域，更具体地说，它涉及一种复合型PVC热稳定剂及其制备方法。
背景技术
PVC是一种广泛应用于农业、电力工业、建筑材料、农业、日常生活的塑料。由于其受热时易降解而释放出HCl，除了会腐蚀设备外，HCl还会催化PVC加速降解，导致PVC主链形成导致聚合物颜色变深、力学性能变差的共轭多烯结构，最终会致使PVC变性，使产品报废。PVC的加工温度与其热降解温度十分接近，造成了PVC的加工困难。为解决这一问题，通常在PVC的加工过程中加入热稳定剂。
热稳定剂能够起到吸收HCl，消除HCl的自催化作用，或能够取代PVC的活泼氯离子，以抑制HCl以及共轭多烯结构的产生。目前，常用的热稳定剂主要是钙锌稳定剂，其作用机理是吸收PVC降解释放的HCl，生成锌盐，从而抑制HCl的自催化作用。但是锌盐属于Lewis酸，可催化PVC的脱HCI反应，产生“锌烧”现象，导致PVC在短时间内迅速降解，颜色变黑。
申请内容
为了解决相关技术中钙锌稳定剂容易产生“锌烧”现象的问题，本申请提供一种复合型PVC热稳定剂及其制备方法。
第一方面，本申请提供一种复合型PVC热稳定剂，采用如下的技术方案：
一种复合型PVC热稳定剂，包括如下重量份的组分：
硬脂酸钙：30-40份；
硬脂酸锌：30-50份；
辅助稳定剂：13-30份；
增容剂：3-5份；
抗氧化剂：1-3份；
所述辅助稳定剂包括如下重量份的组分：
6-巯基己醇：5-10份；
二巯基丙烷磺酸钠：3-8份。
通过采用上述技术方案，采用6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠，能够有效减少钙锌稳定剂的“锌烧”现象。硬脂酸钙与硬脂酸锌组成的钙锌稳定剂能够吸收PVC降解释放的HCl，同时产生锌盐。而二巯基丙烷磺酸钠均能够与锌离子产生络合反应，形成稳定的螯合物，减少锌盐的含量，从而抑制锌盐的催化作用，缓解“锌烧”现象。另外，6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠中含有巯基，使其容易与PVC链中的活泼氯原子发生取代反应，从而抑制PVC的脱氯取代反应，可起到阻碍共轭多烯结构形成的作用，使得PVC在加热环境不易变色发黑。
优选的，所述辅助稳定剂还包括5-12份的水滑石。
通过采用上述技术方案，水滑石具有层板结构，其层板间以若化学件连接有可交换的OH-与CO3 2-阴离子，可吸收6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠与PVC取代反应产生的HCl，以抑制HCl的自催化作用，从而起到阻碍共轭多烯结构形成的作用，使得PVC在加热环境不易变色发黑。
优选的，以重量份数计，所述复合型PVC热稳定剂还包括2-5份的PVC交联剂，所述PVC交联剂包括有机过氧化物、巯基硅烷偶联剂、脂肪族胺类中的至少一种。
通过采用上述技术方案，由于6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠与PVC树脂的相容性较差，容易从PVC材料内部迁移至PVC材料表面，导致PVC材料表面形成霜状结晶物，形成“喷霜”现象，影响PVC材料的加工性能。本申请中采用PVC交联剂促使PVC树脂发生交联反应，形成三维网络结构，三维网络结构对6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠具有吸附和固定作用，抑制6-巯基己醇、二巯基丙烷磺酸钠或其它稳定剂成分的迁移，尽可能的减少“喷霜”现象。
另外，随着PVC交联反应程度的进行，PVC的耐热性能提高，使得PVC材料在加热环境下不易发生降解。
优选的，所述PVC交联剂为叔丁基过氧化氢。
通过采用上述技术方案，添加叔丁基过氧化氢的交联效果好，制得的PVC树脂交联密度大，对6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠的吸附与固定作用较好，对“喷霜”现象抑制效果更佳。同时，交联密度的增加有利于提高PVC材料的耐热性，使得PVC材料在加热环境下不易发生降解。
优选的，以重量份数计，所述复合型PVC热稳定剂还包括1-3份的交联助剂，所述交联助剂包括三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。
通过采用上述技术方案，上述交联助剂中含有多种不饱和官能团，不仅能够提高交联效果，改善PVC材料的“喷霜”现象，还能够有效抑制PVC的降解反应，以阻碍共轭多烯结构形成的作用，使得PVC在加热环境不易变色发黑。
优选的，所述增容剂包括硅烷偶联剂改性蒙脱土。
通过采用上述技术方案，硅烷偶联剂能够改善蒙脱土与PVC树脂的相容性，提高蒙脱土在PVC材料中的分散性，使得蒙脱土均匀的分布于交联形成的三维网络结构上。进而利用蒙脱土的吸附性能，将6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠吸附锁固，降低“喷霜”现象发生的概率。
优选的，所述改性蒙脱土按照如下方法制得：
将平均粒径为50-100nm的蒙脱土颗粒与硅烷偶联剂按照(2-3):1的重量比混合均匀，得到改性蒙脱土。
通过采用上述技术方案，使得蒙脱土颗粒表面粘附上足量的硅烷偶联剂，促进蒙脱土的分散，从而提高蒙脱土的吸附作用，降低“喷霜”现象发生的概率。
优选的，所述内润滑剂包括环氧大豆油、甘油硬脂酸酯与色拉油中的至少一种。
通过采用上述技术方案，内润滑剂能够降低PVC物料之间的摩擦阻力，促进热稳定剂在PVC树脂内的流动，从而充分吸收PVC降解产生的HCl，减少PVC材料发黑或发白现象的产生。
第二方面，本申请提供一种复合型PVC热稳定剂的制备方法，采用如下的技术方案：一种复合型PVC热稳定剂的制备方法，包括如下步骤：
S1:将硬脂酸钙、硬脂酸锌、交联剂与交联助剂混合均匀，制得第一预混物；
S2:在搅拌条件下，将内润滑剂加热至80-100℃后，然后冷却至50-60℃，加入辅助稳定剂与增容剂充分搅拌，制得第二预混物；
S3:将第一预混物与第二预混物混合均匀，制得复合型PVC热稳定剂。
通过采用上述技术方案，内润滑剂中的甘油硬脂酸酯具有乳化作用，其加热冷却后成细腻的膏状，其包裹于辅助稳定与增容剂表面，可提高辅助稳定剂与增容剂在PVC中的分散性，以充分发挥热稳定作用，减少PVC材料发黑或发白现象的产生。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、由于本申请采用6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠，能够抑制PVC中HCl与锌盐的产生，有效减少了“锌烧”现象，提高了热稳定剂的热稳定性，从而使得PVC材料在加热环境下不易变色发黑。
2、本申请中采用交联剂与交联助剂，促使PVC树脂交联产生三维网络结构，从而抑制6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠等组分向PVC材料表面迁移的趋势，使得PVC材料不易发生“喷霜”现象。
3、本申请中优选采用硅烷偶联剂改性蒙脱土，使得蒙脱土均匀的分布于PVC的三维网络结构上，利用蒙脱土的吸附作用，将热稳定剂组分牢固的吸附于PVC材料内，降低PVC材料表面因“喷霜”现象而发白的概率。
具体实施方式
以下结合实施例与对比例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1，一种硅烷偶联剂改性蒙脱土，按照如下步骤制得：
将平均粒径为50nm的蒙脱土颗粒与硅烷偶联剂按照2:1的重量比混合均匀，得到硅烷偶联剂改性蒙脱土。
制备例2，一种硅烷偶联剂改性蒙脱土，按照如下步骤制得：
将平均粒径为100nm的蒙脱土颗粒与硅烷偶联剂按照3:1的重量比混合均匀，得到硅烷偶联剂改性蒙脱土。
制备例3，一种硅烷偶联剂改性蒙脱土，按照如下步骤制得：
将平均粒径为100nm的蒙脱土颗粒与硅烷偶联剂按照1:1的重量比混合均匀，得到硅烷偶联剂改性蒙脱土。
实施例
实施例1，一种复合型PVC热稳定剂，按照如下步骤制得：
S1:将硬脂酸钙、硬脂酸锌、交联剂与交联助剂混合并搅拌均匀，制得第一预混物；
S2:在搅拌条件下，将内润滑剂加热至90℃后，10min后冷却至50-60℃，加入辅助稳定剂与制备例1制得的硅烷偶联剂改性蒙脱土(增容剂)搅拌均匀，制得第二预混物；
S3:将第一预混物与第二预混物混合均匀，制得复合型PVC热稳定剂。
实施例2-12，一种复合型PVC热稳定剂，与实施例1的区别在于，各组分的选择及其相应含量如表1所示。
表1实施例1-12中各组分的选择及其相应含量(㎏)
Figure GDA0003612410630000041
Figure GDA0003612410630000051
实施例13，一种复合型PVC热稳定剂，与实施例2的在于，步骤S2中采用制备例2制得的硅烷偶联剂改性蒙脱土。
实施例14，一种复合型PVC热稳定剂，与实施例2的在于，步骤S2中采用制备例3制得的硅烷偶联剂改性蒙脱土。
实施例15,一种复合型PVC热稳定剂，与实施例2的在于，步骤S2中采用未经硅烷偶联剂改性的蒙脱土。
对比例
对比例1，一种复合型PVC热稳定剂，与实施例1的在于，用等量的6-巯基己醇替换二巯基丙烷磺酸钠。
对比例2，一种复合型PVC热稳定剂，与实施例1的在于，用等量的二巯基丙烷磺酸钠替换6-巯基己醇。
对比例3，一种复合型PVC热稳定剂，与实施例1的在于，不添加二巯基丙烷磺酸钠与6-巯基己醇。
对比例4，一种复合型PVC热稳定剂，与实施例5的在于，不添加二巯基丙烷磺酸钠与6-巯基己醇。
对比例5，一种钙锌稳定剂，为购买自昆山市迈吉森复合材料有限公司的钙锌稳定剂CZ75。
性能检测试验
试验1：动态性能测试试验方法:采用双辊塑炼法，并采用购买自东莞市锡华精密检测仪器有限公司的XH-401A开放式双辊塑炼机。开动双辊塑炼机并使两辊筒的温度恒定至180℃,在整个试验过程中，温度波动控制在±1℃范围内。将100gPVC、30ml对苯DTOP与5g复合型PVC热稳定剂(实施例1-15与对比例1-5)混合均匀，称量的精确度控制在该组分标称重量的±1％范围内，然后将配混料加入已恒定至180±1℃的两辊筒之间连续塑炼。
每隔5min取出一片试样，通过比较每一次取出的试样颜色的变化来评定热稳定性，从测试开始至最初观察到颜色变化即为初期热稳定性，从测试开始至试样完全变黑的时间则为长期热稳定性，试验结果如表2所示。
表2热稳定剂动态性能测试结果
Figure GDA0003612410630000061
试验2：静态性能测试试验方法:参照GB/T 9349-2002《聚氯乙烯、相关含氯均聚物和共聚物及其共混物热稳定性的测定变色法》中的烘箱法。按照PVC：复合型PVC热稳定剂：对苯DTOP＝20㎏：1㎏：6L的配比，通过双螺杆挤出机制成PVC板材，裁取边长30mm,厚度约1mm的正方形试样，放在平铺于架子上的新的干净铝箔上面，在恒温鼓风干燥箱(江苏迅迪仪器科技有限公司)中于180±1℃的高温下加热，两辊之间的间隙为0.4mm,每隔5min取出一片试样，从测试开始至最初观察到颜色变化即为初期热稳定性，从测试开始至试样完全变黑的时间则为长期热稳定性，试验结果如表3所示。
表3热稳定剂静态性能测试结果
Figure GDA0003612410630000071
试验结果分析：
(1)结合实施例1-15和对比例1-5并结合表2和表3可以看出，在PVC热稳定剂中添加6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠，可显著减少“锌烧”现象，提高PVC材料的热稳定性；且单独采用两者中的任意一种，均不能达到两者配合的效果。其原因可能在于，6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠能够与锌离子发生络合反应，将能够催化PVC降解的锌盐转化为不具有催化作用的螯合物，从而抑制“锌烧”现象，使得PVC材料在加热环境不易变色发黑。
另外，6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠中含有巯基，能够与PVC链中的活泼氯原子发生取代反应，从而抑制颜色较深的共轭多烯结构的形成，使得PVC在加热环境不易变色发黑。
(2)结合实施例1和实施例2-4并结合表2和表3可以看出，采用含有交联剂与交联助剂制得的热稳定剂，可提高PVC材料的热稳定性，使得PVC材料在加热环境不易变色发黑。其原因可能在于，交联剂催化PVC树脂发生交联，交联后的PVC材料的耐热性提高，使得其不易发生降解而发黑。而交联助剂中含有不饱和官能团，有利于提高交联密度，从而提高PVC的耐热性能，抑制PVC的降解脱氯反应，使得PVC在加热环境不易变色发黑。
(3)结合实施例1、实施例5和对比例1-4并结合表2和表3可以看出，采用6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠与滑石粉制得的热稳定剂，可提高PVC材料的热稳定性，使得PVC材料在加热环境不易变色发黑。其原因可能在于，6-巯基己醇与二巯基丙烷磺酸钠中含有的巯基与PVC链中的活泼氯原子发生取代反应后生成HCl，而水滑石的层板结构间具有可吸收HCl的OH-与CO3 2-离子，从而抑制HCl对PVC降解的催化作用，使得PVC在加热环境不易变色发黑。
(4)结合实施例2-4和实施例7-9并结合表2和表3可以看出，由于叔丁基过氧化氢交联剂与交联助剂的配合效果更佳。因此，相比采用脂肪族胺类与巯基硅烷偶联剂，采用有机过氧化物作用交联剂，制得的PVC材料在高温环境下不易发黑。
(5)结合实施例2-4和实施例10-12并结合表2和表3可以看出，采用内润滑剂，可提高PVC材料的热稳定性，使得PVC材料在加热环境不易变色发黑，且同时采用环氧大豆油与甘油硬脂酸酯效果更好。其原因可能在于，内润滑剂能够减少物料之间的摩擦阻力，提高物料的流动性，减少分散不良现象，有利于促进热稳定剂效果的发挥。环氧大豆油具有优异的润滑作用，而甘油硬脂酸酯具有乳化作用，两者配合，能够显著提高热稳定剂在PVC物料内的分散性，从而使热稳定剂的效果得以充分发挥。
试验3：热稳定剂耐迁移性能测试试验方法：按照PVC：复合型PVC热稳定剂：对苯DTOP＝20㎏：1㎏：6L的配比，通过双螺杆挤出机制成PVC板材，取5块边长10cm,厚度为0.5cm的试样，在恒温鼓风干燥箱(江苏迅迪仪器科技有限公司)中于50℃下加热1h，观察试样表面是否出现霜状结晶；并根据霜状结晶面积的大小，将试样划分为4个喷霜等级，即无喷霜、轻度喷霜、中度喷霜以及严重喷霜；测试结果如表4所示。
表4热稳定剂耐迁移性能测试结果
Figure GDA0003612410630000081
试验结果分析：
(1)结合实施例1和实施例2-4并结合表4可以看出，采用含有交联剂与交联助剂，能够削弱和抑制PVC“喷霜”现象。其原因可能在于，交联剂促使PVC树脂分子相互交联，形成三维网络结构。三维网络结构对6-巯基己醇、二巯基丙烷磺酸钠以及其他热稳定剂组分具有吸附和固定作用，抑制热稳定剂组分向PVC材料表面迁移的趋势，从而使PVC材料表面不易产生霜状结晶。
(2)结合实施例2-4和实施例10-12并结合表4可以看出，采用含有内润滑剂，能够削弱和抑制PVC“喷霜”现象，且同时采用环氧大豆油与甘油硬脂酸酯效果更好。其原因可能在于，如上所述，内润滑剂可促进热稳定剂各组分的分散，降低因分散不良导致的迁移现象，从而使PVC材料表面不易产生霜状结晶。
(3)结合实施例2-4和实施例13-15并结合表4可以看出，采用蒙脱土可抑制PVC的“喷霜”现象，且采用硅烷偶联剂改性蒙脱土效果更好。其原因可能在于，蒙脱土为大分子颗粒，且具有良好的吸附作用，其分布于PVC内对稳定剂中的小分子物质具有吸附固定作用，能够抑制稳定剂中小分子物质的迁移，从而减少PVC材料表面的霜状结晶。
硅烷偶联剂能够界改善蒙脱土在PVC内的分散性与粘接性，使得蒙脱土颗粒均匀分布于PVC树脂交联形成的三维网络结构上，进一步的提高对热稳定剂组分的吸附与固定作用，减少PVC材料表面的霜状结晶。
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种复合型PVC热稳定剂，其特征在于，包括如下重量份的原料：
硬脂酸钙：30-50份；
硬脂酸锌：20-40份；
辅助稳定剂：13-30份；
增容剂：6-8份；
内润滑剂：5-10份；
所述辅助稳定剂包括如下重量份的组分：
6-巯基己醇：5-10份；
二巯基丙烷磺酸钠：3-8份。
2.根据权利要求1所述的一种复合型PVC热稳定剂，其特征在于：所述辅助稳定剂还包括5-12份的水滑石。
3.根据权利要求1所述的一种复合型PVC热稳定剂，其特征在于：以重量份数计，所述复合型PVC热稳定剂还包括2-5份的PVC交联剂，所述PVC交联剂包括有机过氧化物、巯基硅烷偶联剂、脂肪族胺类中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种复合型PVC热稳定剂，其特征在于：所述PVC交联剂为叔丁基过氧化氢。
5.根据权利要求4所述的一种复合型PVC热稳定剂，其特征在于：以重量份数计，所述复合型PVC热稳定剂还包括1-3份的交联助剂，所述交联助剂包括三烯丙基异三聚氰酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种复合型PVC热稳定剂，其特征在于：所述增容剂为硅烷偶联剂改性蒙脱土。
7.根据权利要求6所述的一种复合型PVC热稳定剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂改性蒙脱土按照如下方法制得：
将平均粒径为50-100nm的蒙脱土颗粒与硅烷偶联剂按照（2-3）:1的重量比混合均匀，得到硅烷偶联剂改性蒙脱土。
8.根据权利要求1所述的一种复合型PVC热稳定剂，其特征在于：所述内润滑剂包括环氧大豆油、甘油硬脂酸酯与色拉油中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的一种复合型PVC热稳定剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1:将硬脂酸钙、硬脂酸锌、交联剂与交联助剂混合均匀，制得第一预混物；
S2:在搅拌条件下，将内润滑剂加热至80-100℃后，然后冷却至50-60℃，加入辅助稳定剂与增容剂充分搅拌，制得第二预混物；
S3:将第一预混物与第二预混物混合均匀，制得复合型PVC热稳定剂。
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