[发明专利]一种PVC用钙锌热稳定剂及制备方法和应用

说明书

本发明属于塑料添加剂领域，具体涉及一种PVC用钙锌热稳定剂及制备方法和应用。本发明以金属锌化合物和Atz为原料开发了一种具有空间三维结构的金属有机骨架Zn‑Atz，将Zn‑Atz、硬脂酸钙及亚磷酸酯等复配，得到一种含金属有机骨架Zn‑Atz的PVC用钙锌热稳定剂。本发明制备的钙锌热稳定剂具有无毒、无重金属、环保等特点，赋予其更好的初期和长期热稳定性及透明性。该制备方法简单、原料来源丰富且价格低廉。

技术领域

本发明属于塑料添加剂领域，具体涉及一种PVC用钙锌热稳定剂及制备方法和应用。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)因其优异的性能而被广泛使用。由于PVC链中的结构缺陷，当熔融处理或使用温度高于100℃时，会因其降解而发生变色和机械性能劣化。目前，添加热稳定剂是延缓PVC降解的有效途径。一些传统的热稳定剂，如碱性铅盐，可与热降解过程中逸出的氯化氢反应，从而抑制氯化氢的进一步催化作用；如金属皂和二烷基锡的酯或硫醇，可与PVC主链中的不稳定氯置换生成更稳定的络合物。尽管铅盐和有机锡稳定剂具有高效的热稳定性，但因毒性限制其使用。金属皂热稳定剂，如硬脂酸钙、硬脂酸锌，往往需要复配才能发挥协同热稳定作用。此外，硬脂酸锌的热稳定转化产物氯化锌是脱氯化氢过程的强催化剂，容易导致制品的突然黑化。纯有机热稳定剂，包括含氮有机化合物、酰胺类有机热稳定剂、席夫碱类有机热稳定剂和含氨基热稳定剂，因其不含重金属的性质和广阔的应用前景而受到广泛关注。然而，成本和热稳定效果有待进一步提高。

3-氨基-1,2,4-三唑(ATZ)含氮量高，这使其比其他含氮有机物吸收更多氯化氢。同时，Atz的熔点为158.8℃，低于PVC样品的加工温度。因此，在PVC加工过程中，Atz以液态形式存在，有利于其在PVC中更好地分散，提高热稳定效率。因此，Atz作为辅助热稳定剂可以显著提高PVC的热稳定性。例如，Chen等人以Atz为原料制备了二维层状配合物[Zn(ttr)(OAc)，并提出了一种新的“两步热稳定机制”：(1)[Zn(ttr)(OAc)]在初始阶段吸收大量HCl形成Atz盐酸盐，它在稳定PVC方面起着关键作用，可以显著提高PVC的热稳定性。(2)当温度超过280℃时，Atz盐酸盐开始分解并释放大量HCl，导致PVC产品快速降解。因此，热稳定剂的热稳定性对PVC样品的热稳定效果至关重要。研究发现，当含氮有机分子与金属配合形成稳定的空间三维结构时，它们的热稳定性会提高。例如，汪等人使用沸石咪唑骨架(ZIF-8)作为热稳定剂，显著提高PVC产品的热稳定性。因此，如果具有良好初始热稳定效果的锌与Atz协调以形成稳定的空间结构，则有望显著提高所获得材料的热稳定性，进而显著提高其稳定PVC产品的初始颜色和长期热稳定性。

本发明以碳酸锌氢氧化物水合物和Atz为原料开发了一种具有空间三维结构的金属有机骨架Zn-Atz，并对其热稳定性和对PVC的热稳定作用进行了研究。

发明内容

为解决现有市场上PVC热稳定剂产品所存在的问题，本发明提供一种PVC用钙锌热稳定剂及制备方法和应用，将Zn-Atz与硬脂酸钙、辅助热稳定剂复配，得到了一种初期和长期热稳定性都十分优异的钙锌复合热稳定剂。

本发明采用的技术方案如下：

一种PVC用钙锌热稳定剂，其特征在于：所述的热稳定剂由Zn-Atz、硬脂酸钙、亚磷酸酯按质量比0.1-0.6：0-0.67:0-0.8复配所得。

上述一种PVC用钙锌热稳定剂，其特征在于Zn-Atz的制备步骤为：取金属锌化合物、草酸和Atz混合，金属锌化合物、草酸和Atz的质量为1：(0.5～2)：(1～5)，升温至160～200℃下反应24～72h，获得Zn-Atz。

进一步优选的，金属锌化合物、草酸和Atz的质量比为1:1:4，反应温度为180℃，反应时间为48h。

所述金属锌化合物为水合碳酸锌、氧化锌、乙酸锌、硫酸锌和氯化锌中的一种，优选水合碳酸锌。