[发明专利]PVC用锌铝稀土类水滑石复合热稳定剂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明属于材料科学应用技术开发领域，涉及一种PVC用锌铝稀土类水滑石复合热稳定剂，还涉及到它的制备和应用。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)是世界上五大通用塑料之一，聚氯乙烯化学建材的推广与应用使得PVC得以迅速的发展。PVC虽然具有良好的耐磨性，高介电性和价格优廉的优点，但它的热稳定性差，且一般加工温度比分解温度高。因此，在PVC中必须加入热稳定剂以防止或减缓其在热加工和使用过程中的热降解。

传统PVC热稳定剂如铅系及镉系热稳定剂因其毒性而将逐步被淘汰。有机锡类成本高，在使用中应用不广。而金属皂类还不是很理想，以钙皂、锌皂为代表，它们虽然无毒，但是热稳定效果与其用量有直接关系，随着用量增加会影响PVC制品的力学性能和其它性能，且它们与PVC兼容性也不佳。因此，开发无毒、高效的热稳定剂成为发展趋势。

水滑石类化合物(Layered Double Hydroxides，简称LDHs)是由带正电荷的混合金属氢氧化物主体层板和层间阴离子构成的层柱状化合物，其通式为[M2+1-xM3+x(OH)2An-x/n·mH2O]，其中M2+、M3+分别代表二价和三价金属阳离子，An-代表层间可交换的阴离子。LDHs的层板金属元素、层间阴离子、二维孔道结构、晶粒尺寸和分布可以根据需要在一定范围内调变，因此具有极大的研究价值和广泛的应用前景。

LDHs作为热稳定剂的优异性能主要表现为：LDHs受热分解时吸收大量热，从而减缓了PVC的热分解；分解释放出的水蒸汽和二氧化碳气体能稀释和阻隔可燃性气体；分解后的产物为具有很大比表面积的碱性多孔物质，能吸收脱出的HCI，阻止PVC因HCI的自催化而引起进一步的分解反应；碱性产物与燃烧时高分子材料表面的炭化物结合生成保护膜，阻隔了热能和氧的进一步侵入。因此，水滑石类化合物属于绿色消烟型无毒无卤阻燃剂新型热稳定剂。

文献[1]：美国专利US4299759A(1981)报道了日本Kyowa化学公司于1980年首次将水滑石填充到PVC中用作热稳定剂，当在100份PVC中加入1份水滑石，0.75份硬脂酸锌和0.3份有机锡时，180℃条件下可以将PVC的热稳定时间延长至62分钟。

文献[2]：中国专利CN 200410037656.7将由水滑石、钙皂和锌皂按一定的比例混合成复合热稳定剂，在100份含氯高聚物中加0.1～10份上述复合热稳定剂。180℃条件下，热稳定时间达到80～210分钟。但随着钙皂锌皂用量的增加会影响PVC制品的力学性能和其它性能。

文献[3]：中国专利CN200910042690.6将经过硬脂酸表面改性的镁铝水滑石和锌铝水滑石按一定比例复配成复合热稳定剂，在100份PVC中加入0.5～3份复合热稳定剂，180℃条件下，热稳定时间为80～200分钟。

上述文献将水滑石与其他热稳定剂或将几种不同的水滑石进行了复配，提高了PVC的热稳定时间，在一定程度上克服了某些单一热稳定剂初期着色性不佳、后期易发生“锌烧”的缺点，但也存在一些的不足。为了更近一步提高PVC的热稳定性，同时减少各种不利的影响，本发明将稀土元素引入到水滑石层板当中。

稀土元素有许多空4f、5d空轨道，且它的离子半径较大。因此，稀土元素除了能与3个或4个HCl分子形成离子键以外，还可能吸附若干个HCl分子形成键能不等的络合物，这就大大减少了作为热降解催化剂的HCl的浓度；稀土元素可与PVC链上不稳定的氯原子络合，使之趋于稳定；此外，稀土元素还能与层板上的锌元素发生“协同作用”，降低“锌烧”现象的发生。

文献[4]：O.D.Pavel等人[Rare-earth elements modified hydrotalcites and correspondingmesoporous mixed oxides as basic solid catalysts，Applied Catalysis A：General 288(2005)185-193]通过共沉淀法试图将Y³⁺，Dy³⁺，Gd³⁺，Sm³⁺，La³⁺等离子分别添加到镁铝碳酸根型水滑石层板中，但结果表明，离子半径较大的La³⁺无法进入主体层板，而是以La₂CO₅和La₂(CO₃)₂(OH)₂的形式存在。