聚氯乙烯热稳定剂和聚丙烯β成核剂的合成及性能评价研究

作     者：周杨 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江焕峰;陈俊

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：聚氯乙烯 稀土热稳定剂 聚丙烯 酰胺类β成核剂 

摘      要：硬脂酸镧作为聚氯乙烯(PVC)稀土类热稳定剂单独使用时长期热稳定性不足且加工性能较差,难以满足加工条件要求。为了改进这一问题,本文以硬脂酸作为主配体,同时选用含氮杂环辅助类热稳定剂中近年研究里较为新颖的吡啶羧酸作为副配体,将主副配体同时与稀土La配位合成新型结构的稀土三元配合物PVC热稳定剂,以期改善硬脂酸镧单独使用时的缺点,同时使该配合物相比硬脂酸镧具有更多优异的附加性能。因此合成了15种组成的吡啶羧酸/硬脂酸镧配合物,并通过热重、核磁共振氢谱、红外光谱和元素分析对它们进行表征并给出了分子式。采用PVC型材配方评价15种配合物的静态热稳定性并与其他常用热稳定剂进行对比,发现部分配合物具备整体优于硬脂酸锌、硬脂酸钙、季戊四醇和硬脂酸镧的静态热稳定性;动态热稳定性测试表明在型材、管材和管件配方体系中均有大部分稀土三元配合物的动态热稳定性优于硬脂酸镧和其他常用热稳定剂,高La含量的2,5-吡啶二甲酸/硬脂酸镧配合物在15种中表现最为优异,且该配合物用于PVC型材制件中具备较硬脂酸镧更优的力学性能;通过变色实验和刚果红试纸法对稀土三元配合物稳定PVC的机理进行了探究和解释,即La离子能够和不稳定的Cl离子配位从而延缓HCl的生成和脱出,同时吡啶羧酸配体能够吸收部分脱出的HCl,阻碍其参与到“自催化过程中;最后发现高La含量的2,5-吡啶二甲酸/硬脂酸镧配合物与硬脂酸锌、季戊四醇为1:1:3在型材配方体系中进行复配时能够对热稳定性产生协同作用,该复配方案是一个具备应用价值的无铅复合稀土热稳定剂方案。在不同种类的酰胺类β成核剂中,单酰胺类近十年来才陆续得到研究报道,而关于二酰胺类的研究焦点又主要集中于对已商品化的TMB-5进行附加性能的探索而非开发新型结构,因此研发新型结构的单酰胺类和二酰胺类β成核剂极具创新性和研究价值。同时有机羧酸及其盐类β成核剂的成核效果显著,将羧基和酰胺结构结合到一种化合物中以期达到协同作用是本研究的灵感来源。因此本文以六氢邻苯二甲酸酐与苯胺或对苯二胺进行酰胺化反应得到单酰胺和二酰胺羧酸化合物,再分别对其成镧、锌、钙、钡和镁盐得到一系列单酰胺和二酰胺羧酸盐,并通过核磁共振氢谱、红外光谱和热重对这总计12种酰胺类化合物进行表征并确定了它们的结构。对合成的12种酰胺类化合物作为β成核剂在等规聚丙烯(i PP)中的β成核性能进行评价,发现2,2’-(1,4-亚苯双(氮二酰基)双羰基)双(环己烷-1-甲酸钡)达到了产品级别的β成核性能,在0.2%添加量下其β晶含量为90.72%;单一使用酰胺羧酸盐作为β成核剂成本略高,对其与酰胺羧酸进行复配以期降低成本和创造协同作用,发现了几种可行的复配方案;在研究了2,2’-(1,4-亚苯双(氮二酰基)双羰基)双(环己烷-1-甲酸)与2,2’-(1,4-亚苯双(氮二酰基)双羰基)双(环己烷-1-甲酸钙)的复配成核剂以不同添加量应用于i PP中的结晶和熔融曲线后,对成核机理进行推测并得出本文合成的酰胺类化合物用于i PP中的β成核机理是附生结晶机理的结论;同样根据2-(苯氨基甲酰基)环己烷-1-甲酸与2-(苯氨基甲酰基)环己烷-1-甲酸钡的复配成核剂以不同添加量应用于无规共聚聚丙烯(PPR)中的结晶和熔融曲线,再次推测本文合成的酰胺类化合物用于PPR中的β成核机理是异相成核机理。最后发现2,2’-(1,4-亚苯双(氮二酰基)双羰基)双(环己烷-1-甲酸)与2,2’-(1,4-亚苯双(氮二酰基)双羰基)双(环己烷-1-甲酸钡)以1:1进行复配的方案在i PP和PPR两种材料中均表现出了产品级别的β成核性能。