PVC热稳定剂―水滑石改性研究

摘要：本文探索一锅法合成水滑石和硬脂酸锌，并以产物对PVC热稳定性能作为评价指标，探讨确定水滑石的投料比以及水滑石与硬脂酸锌的最适比例；并对水滑石进行锌改性研究，分析其变化及规律。

关键词：聚氯乙烯 热稳定剂 水滑石

1.PVC热降解及热稳定机理

1.1 PVC热降解机理

PVC在受热或受到高能量射线（如紫外线）的影响下会发生脱HCl的自催化反应[1]。

PVC热分解时，按链式机理脱出和HCl等自由基和分子，产生的HCl和Cl・有催化作用，导致脱HCl链式反应发生。随着PVC的不断脱出，共轭序列不断加长，PVC的颜色也逐渐加深，最后形成棕色，以致黑色。

1.2 PVC热稳定原理

改善PVC的热稳定性主要有两方面：一是改善合成工艺或通过共聚改性来减少聚合物分子中的薄弱环节，增加其内在的热稳定性；另一方法就是添加热稳定剂。

热稳定剂是起到抑制或终止PVC降解链式反应的作用。

水滑石类热稳定剂，它是日本在20世纪80年代开发的一类新型无机PVC辅助稳定剂，其热稳定效果比钡皂、钙皂及它们的混合物好。此外，它还具有透明性好、绝缘性好、耐候性好的优点， 不受硫化物的污染，无毒，能与锌皂及有机锡等热稳定剂起协同作用，是极有开发前景的辅助热稳定剂。

水滑石又叫层状双金属氢氧化物， 简称LDHs ， 该类材料的化学结构通式为 ，式中，0

（1）与其他热稳定剂如有机锡、铅或锌盐等共同作为热稳定剂，可进一步提高PVC的热稳定性；

（2）与其他助剂共用，提高PVC的光稳定性和耐候性；

1.3 研究方向

在现有的工艺中，还会有过量的可溶性碳酸盐随母液过滤掉，造成浪费与污染。通过工艺改进与研究，减少碳酸盐的用量和排放量，对水滑石的工业发展有重要意义。

二、实验部分

2. 实验操作与原理

2.1 合成原理与方法

以NaOH-Na2CO3为沉淀剂，合成水滑石的离子反应方程式可表示如下：

（1-x）M2++M3++2OH-+x/nAn-+mH2O=M2+1-xM3+x（OH）2（An-）x/n・H2O （2-1）

合成硬脂酸锌的反应方程式可表示如下：

CO32-+2HSt=2St-+H2O+CO2 （2-2）

2St-+Zn2+=ZnSt2

实验计划， 将Mg、Al盐混合溶液按适当比例分两步投料进行反应（下称“二步式工艺”），所得水滑石与将Mg、Al盐混合溶液一步投料进行反应得到的产品相比。

图2. 实验流程图

三、成品性能测试

3.1 CO32-过量程度对水滑石热稳定性能的影响

用共沉淀法工艺合成水滑石时，CO32-通常必须过量，而过量的可溶性碳酸盐会在后处理中随母液过滤和洗涤中排放掉。在一锅法合成中，过量的碳酸盐与硬脂酸反应，生成通常使用的热稳定剂硬脂酸锌，从而实现碳酸根的零排放。那在一锅法合成中，CO32-的过量程度会对水滑石的热稳定性产生的影响见表3.1

由表3.1可见， CO32-的过量程度对水滑石的热稳定性能影响并不大，前期跟长期热稳定性能基本相同。这就说明在实际生产中，可以根据硬脂酸锌的用量，来确定CO32-的过量程度，使得CO32-达到零排放和零污染。

3.2 镁铝投料比对水滑石热稳定性能的影响

由水滑石通式知道，Mg离子与Al离子的摩尔比并不是固定的。不同摩尔比会影响水滑石晶体结构以及颗粒大小等，最终会对水滑石的热稳定性能产生一定的影响。

表3.1 一锅法中CO32-过量对水滑石性能的影响[注]

CO32-过量程度（X） 受热时间/min

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

35%

25%

15%

5%

0%

注：实验配方：PVC 100，DBP 50，HTc-ZnSt2 1.4，ESBO 3.0，HDBM，0.2；实验温度 180℃。

表3.2镁铝投料比对水滑石热稳定性能的影响[注]

Mg：Al=Y：2 受热时间/min

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

4.25：2

4.5：2

4.75：2

注：实验配方：PVC 100，DBP 50，HTc-ZnSt2 1.4，ESBO 3.0，HDBM，0.2；实验温度 180℃。

由表3.2可见，前期稳定性而言，三种比例基本相同；而从中长期而言，镁铝投料比为4.5：2，要优与其他两种。

四、结论

本文探索一锅法合成水滑石和硬脂酸锌，并以产物对PVC热稳定性能作为评价指标，探讨确定水滑石的投料比以及水滑石与硬脂酸锌的最适比例；并对水滑石进行锌改性研究，分析其变化及规律。得到以下主要结论：

1.在一锅法合成水滑石和硬脂酸锌中，CO32-的过量程度对产物的热稳定性能没有多大影响。

2.在一锅法合成中，镁铝的最适投料比为4.5：2。