[发明专利]一种C22植物油基PVC固体热稳定剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明一种C₂₂植物油基PVC固体热稳定剂及其制备方法，具体的涉及一种新型环保PVC固体热稳定剂及其制备方法，属于PVC塑料助剂技术领域。

背景技术

全球塑料管材需求量不断提高，而硬质塑料管材超过一半是PVC，近年来我国PVC产量和消费量一直高居全球第一，且PVC是国家十二·五期间重点开发的新材料之一。因其具有优良的综合性能，价格低廉而在全球范围内被广泛应用，如型材、化工、电子和汽车等领域，是我国重点开发的新材料之一。由于它自身链结构的缺陷，导致在加工和使用过程中易发生降解和老化，因此，必须在加工PVC制品中加入热稳定剂。

由于PVC制品用量的逐渐增大，热稳定剂的需求量也在逐年增长，其种类也在不断增加。近年来，欧盟制定了一系列环保法规标准，促使人们研发新型、环保和高效的热稳定剂，体现了人们对环保和健康意识的提高和增强，而我国在处理环境污染方面也大力度整治，生产和使用热稳定剂正向着复合化、功能化和环保型的方向发展，有毒及性能差的稳定剂品种正逐渐限制使用，如含重金属铅、镉和钡等成分的热稳定剂，并将被环保、高效和无毒的产品所取代。

无毒环保的植物油基金属皂类热稳定剂，国外已经有性能很好的工业产品，而我国目前还处在开发阶段，市场上的产品种类不足、成本高、热稳定性能较差，不够环保。由于传统的热稳定剂通常含有铅、镉和钡等重金属元素，存在一定的毒性，且会对环境造成严重污染。钙/锌类复合稳定剂具有优异的热稳定效果、无毒环保等特点；环氧化合物，因其结构具有孤对电子的特点和无毒易生物降解的特性，它们都有广泛的应用前景。本发明的优点在于把环氧基团和植物油羧酸盐基团结合在一起，传统植物油基热稳定剂主要集中在低碳链，如异辛酸钙锌，有异味，严重依赖石油化工。此外，芥酸具有价廉易得，用途广泛，附加值高，是潜在的植物油酸替代石油化工的原材料。

发明内容

本发明目的是提供一种C₂₂植物油基PVC固体热稳定剂的制备方法，该稳定剂具有碳链长，优良的长期热稳定性能，高效环保，生产成本低，相容性好，生产原料易得价格便宜等特点，把环氧基团和金属羧酸盐基团结合在一起，双功能基团能有效提高热稳定性能，克服传统生产工艺步骤多，成本高以及潜在的毒性，提供一种简单的生产路径，一步法合成新型植物油基热稳定剂，为热稳定剂的生产开辟了新的路径。

本发明的技术方案：一种C₂₂植物油基PVC固体热稳定剂，其组成为环氧芥酸锌/环氧芥酸钙，简写为ZnA/CaA，ZnA︰CaA质量比为1︰3~3︰1。

一种C₂₂植物油基PVC固体热稳定剂的制备方法，利用植物油基的环氧键结构中孤对电子和金属羧酸盐的特点及无毒且易生物降解的特性，能有效地吸收HCl（PVC热分解产生），且组分中的金属离子与环氧基团有较好的协同作用。

以芥酸为原料，30%的双氧水为氧源，甲酸和浓硫酸为催化剂，加热搅拌进行环氧化反应，再加入氯化锌和无水氯化钙粉末，合成环保型PVC固体热稳定剂ZnA/CaA，合成步骤为：

（1）环氧化反应：将工业级芥酸和质量分数为88%的甲酸按质量比为1︰0.3~0.6，浓硫酸用量为芥酸质量的0.3%~1%，加入到带有温度计和搅拌器的250mL三口烧瓶中，恒压滴定漏斗滴加质量浓度30%的双氧水，双氧水与芥酸质量比为1~2︰1，1h内滴完，反应温度为70~80℃，反应时间2~3h，制得环氧芥酸；

（2）碱洗：将步骤（1）制得的环氧芥酸用氢氧化钠溶液进行碱洗，调节pH 8~9；

（3）复分解反应：向步骤（2）经碱洗后的环氧芥酸溶液中加入一定量的氯化锌和无水氯化钙粉末，氯化锌和无水氯化钙的用量各为芥酸用量的0.75-1倍，机械快速搅拌，反应温度为70~80℃，反应时间为1h，至反应完全后，减压抽滤，洗涤干燥，得到环氧芥酸锌/环氧芥酸钙，即产品植物油基PVC固体热稳定剂ZnA/CaA。

反应所用植物油酸为芥酸，菜籽油中富含芥酸，价格便宜。

常温下，环氧芥酸钙/锌是固体，而通常植物油基金属钙/锌盐是液体，调整钙锌复合稳定剂的质量比改变热稳定剂中金属离子含量，达到最佳的热稳定效果。

所制备的金属羧酸盐具有优良的热稳定性能，把环氧基团和金属羧酸盐基团，两种功能性基团结合在一起。

该方法采用植物油酸-芥酸与氯化锌/无水氯化钙直接固液一步反应法合成了新型植物油基热稳定剂，工艺简单，克服传统生产工艺的技术缺陷。