在水滑石的諸多特性中,改善PVC的熱穩定性一直是最主要的作用之一,作為環保型熱穩定劑的主要發展方向之一,目前鈣鋅穩定劑最主要的缺點在于其熱穩定效果不夠理想,既難以完全取代傳統的鉛鹽穩定劑,亦弱于有機錫熱穩定劑。要想有效提高鈣鋅體系的穩定效率,就必須依賴于各種高效輔助穩定劑與鈣、鋅鹽的協同作用。1980年,日本Kvowa化學公司最先將水滑石填充到PVC中用作熱穩定劑,將100份PVC、1份硬脂酸鋅、2份氧化鐵、0.8份馬來酸二丁基錫和0.3份水滑石混煉制成薄膜并測定其熱穩定性。結果表明:樣品在190℃的熱穩定時間為8min,而不含水滑石樣品的熱穩定時間只有2min。日本AdekaArgus公司的研究表明,水滑石與β-二酮及其他金屬鹽共同使用,可賦予PVC更好的電性能和熱穩定性。日本Nisan Ferro有機化學品公司研究發現:高氯酸與水滑石復配對PVC的熱穩定有協同促進作用。日本Sakai化學公司采用烷基醇胺表面處理水滑石,添加2份改性水滑石的PVC材料具有很好的熱穩定性。其作用機理:
可以看出:水滑石的熱穩定性,一般認為是通過吸收HC1來實現的,其HCI容量與熱穩定時間基本成線性關系。機理分兩步:首先通過交換反應將夾層間的陰離子(如CO3-)置換為Cl-,然后層上的氫氧化物部分與HC1中和,層狀結構被破壞。若從中和HC1的反應看,水滑石與其他堿性物質并無本質的區別,亦不具有更高的HCl容量(用堿基含量來表征HC1容量,以常見的水滑石Mg6Al2(OH)16CO3.4H2O為例計算,其堿基OH-、C03-,總當量的理論值約為0.030mol/g,而其對應的氫氧化物Mg(OH)2、Al(OH)3則分別為0.034mol/g、0.038mol/g),不能解釋為什么水滑石的這種層狀結構對熱穩定性能夠產生顯著效果的原因。可能的原
(1)按Kyowa公司的解釋,在PVC加工時復雜的熔融體系中,HC1被中和生成的各種金屬氯化物吸水后會形成離子態,對PVC的降解脫HC1都有或強或弱的催化作用,而水滑石將Cl-吸收到其層間,不會吸水形成離子態,從而大大限制了Cl-的化學活性。
(2)與置換烯丙基氯或終止自由基傳遞等作用途徑相比,通過吸收中和HC1來提高PVC的熱穩定性在某種程庋上只是一種補救措施,不能從根本上避免PVC的降解。根據化學平衡理論,捕捉HC1的化合物必須具有適當的活性,若堿性太強,如NaOH,不但不能起到穩定作用,反而加速HCI的脫出。
根據鈣鋅穩定劑在100份(質量)PVC樹脂中的一般用量為2.5份~5份(質量)以及水滑石在復配體系中可能的使用比例5%~50%設計,考察水滑石用量對PVC穩定性能的影響,實驗結果下圖所示。
可以看出:水滑石用量在鈣鋅穩定劑體系中的比例為40%~50%、在PVC中的用量在2份(質量)左右可以達到最高的穩定效率。
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