对甲基苯甲酸铈对PVC热稳定性能的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.02.003

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (2): 14-21.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.02.003

对甲基苯甲酸铈对PVC热稳定性能的影响

赵金钢, 柳召刚(), 郝伟, 李梅, 胡艳宏, 吴锦绣, 冯福山, 李帅

内蒙古科技大学材料与冶金学院，轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室，内蒙古自治区稀土湿法冶金与轻稀土应用重点实验室，内蒙古包头 014010

收稿日期:2020-08-12 出版日期:2021-02-26 发布日期:2021-02-22

Effect of Cerium P⁃methyl Benzoate on Thermal Stability of PVC

ZHAO Jingang, LIU Zhaogang(), HAO Wei, LI Mei, HU Yanhong, WU Jinxiu, FENG Fushan, LI Shuai

School of Materials and Metallurgy，Inner Mongolia University of Science & Technology，Key Laboratory of Green Extraction &Efficient Utilization of Light Rare-Earth resources Ministry of Education，Inner Mongolia Key Laboratory of Rare Earth Hydrometallurgy and Light Rare Earth Application，Baotou 014010，China

Received:2020-08-12 Online:2021-02-26 Published:2021-02-22
Contact: LIU Zhaogang E-mail:liuzg65@163.com

摘要/Abstract

摘要：

用复分解法制备了对甲基苯甲酸铈，确定产物的分子式为Ce（C₈H₇O₂）₃·2H₂O。研究了对甲基苯甲酸铈对聚氯乙烯（PVC）的热稳定性能的影响。结果表明，对甲基苯甲酸铈单独作为PVC热稳定剂时，其热稳定性和抗变色性都不强。将对甲基苯甲酸铈与其他热稳定剂联合进行二元、三元及四元复配，产物的协同作用良好，热稳定性有所提升；当复合稳定剂按对甲基苯甲酸铈∶钙锌复合体系∶季戊四醇=2∶1∶2的比例添加到PVC中，PVC样品的热稳定时间和抗变色性能最好，热稳定时间为42 min；对甲基苯甲酸铈的塑化能力良好，对甲基苯甲酸铈作为热稳定剂加入PVC后，PVC混料的塑化时间缩短，动态热稳定时间增加，塑化扭矩和平衡扭矩下降；对甲基苯甲酸铈与PVC降解过程中产生的HCl反应而生成CeCl₃，降低了HCl对PVC降解的催化作用，从而达到增强PVC热稳定性能的目的。

关键词: 稀土, 聚氯乙烯, 热稳定性能, 对甲基苯甲酸铈, 复配

Abstract:

Cerium pmethyl benzoate （CPB） was prepared by means of a metathesis method， and its molecular formula was determined to be Ce（C₈H₇O₂）₃·2H₂O. The thermal stability of CPB on PVC was further investigated. The results indicated that when CPB was used alone as a thermal stabilizer for PVC， the resultant PVC compound exhibited poor thermal stability and discoloration resistance. However， there is a good synergetic effect on PVC by a combination of binary， ternary and quaternary compounds of CPB with other thermal stabilizers， resulting in an improvement in thermal stability. When the mass ratio of cerium benzoate to calcium zinc composite system and pentaerythritol was set to 2/1/2， the PVC compounds achieved an optimum thermal stability with thermal stability time of 42 min as well as optimum discoloration resistance. CPB also exhibited a good plasticizing capability. When CPB was used as a stabilizer for PVC， the resultant PVC compounds revealed a decrease in plasticizing time， plasticizing torque and equilibrium torque but a significant increase in dynamic thermal stability time. CPB can capture the HCl gas released during the degradation of PVC to generate CeCl₃， reducing the catalytic effect of HCl on the degradation of PVC and improving the thermal stability of PVC accordingly.

Key words: rare earth, poly（vinyl chloride）, thermal stabilizer, cerium p-methyl benzoate, compound

中图分类号:

TQ325.3

赵金钢, 柳召刚, 郝伟, 李梅, 胡艳宏, 吴锦绣, 冯福山, 李帅. 对甲基苯甲酸铈对PVC热稳定性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 14-21.

ZHAO Jingang, LIU Zhaogang, HAO Wei, LI Mei, HU Yanhong, WU Jinxiu, FENG Fushan, LI Shuai. Effect of Cerium P⁃methyl Benzoate on Thermal Stability of PVC[J]. China Plastics, 2021, 35(2): 14-21.

图/表 10

样品名称	稳定剂种类	稳定剂含量/g
1^#	-	-
2^#	对甲基苯甲酸铈	2.72
3^#	钙锌复合稳定剂	1.09∶1.63
4^#	硬脂酸铅	2.72
5^#	对甲基苯甲酸铈∶Ca/Zn复合∶季戊四醇	1.09∶0.22∶0.32∶1.09

表1 PVC样品中稳定剂的种类及含量

Tab.1 Types and contents of stabilizers in PVC samples

稳定剂	热老化时间/min								刚果红试纸变蓝时间/min
稳定剂	5	10	15	20	25	30	35	40	刚果红试纸变蓝时间/min
硬脂酸锌									5
硬脂酸钙									19
对甲基苯甲酸铈									7
季戊四醇									6

表2 不同热稳定剂的PVC热老化变色和刚果红实验结果

Tab.2 Thermal aging discoloration and Congo red experimental results of PVC with different heat stabilizers

稀土稳定剂	质量比	热老化时间/min								刚果红试纸变蓝时间/min
稀土稳定剂	质量比	5	10	15	20	25	30	35	40	刚果红试纸变蓝时间/min
对甲基苯甲酸铈∶硬脂酸锌	0∶5									5
	1∶4									7
	2∶3									11
	3∶2									9
	5∶0									7

表3 对甲基苯甲酸铈与硬脂酸锌复配的热老化变色和刚果红实验结果

Tab.3 Thermal aging discoloration and Congo red test results of the compound of CPB and zinc stearate

稀土稳定剂	质量比	热老化时间/min								刚果红试纸变蓝时间/min
稀土稳定剂	质量比	5	10	15	20	25	30	35	40	刚果红试纸变蓝时间/min
对甲基苯甲酸铈∶硬脂酸钙	0∶5									19
	1∶4									16
	2∶3									21
	3∶2									13
	5∶0									7

表4 对甲基苯甲酸铈与硬脂酸钙复配的热老化变色和刚果红实验结果

Tab.4 Thermal aging discoloration and Congo red experimental results of the compound of CPB and calcium stearate

稀土稳定剂	质量比	热老化时间/min								刚果红试纸变蓝时间/min
稀土稳定剂	质量比	5	10	15	20	25	30	35	40	刚果红试纸变蓝时间/min
对甲基苯甲酸铈∶季戊四醇	0∶5									6
	1∶4									31
	2∶3									35
	3∶2									30
	5∶0									7

表5 对甲基苯甲酸铈与季戊四醇复配的热老化变色和刚果红实验结果

Tab.5 Thermal aging discoloration and Congo red experimental results of the compound of CPB and pentaerythritol

稀土稳定剂	质量比	热老化时间/min								刚果红试纸变蓝时间/min
稀土稳定剂	质量比	5	10	15	20	25	30	35	40	刚果红试纸变蓝时间/min
对甲基苯甲酸铈∶硬脂酸锌∶季戊四醇	4∶1∶0									11
	3∶1∶1									38
	2∶1∶2									44
	1∶1∶3									40
	0∶1∶4									18

表6 对甲基苯甲酸铈与硬脂酸锌、季戊四醇复配的热老化变色和刚果红实验结果

Tab.6 Thermal aging discoloration and Congo red experimental results of CPB, zinc stearate and pentaerythritol

稀土稳定剂	质量比	热老化时间/min								刚果红试纸变蓝时间/min
稀土稳定剂	质量比	5	10	15	20	25	30	35	40	刚果红试纸变蓝时间/min
对甲基苯甲酸铈∶硬脂酸钙∶季戊四醇	4∶1∶0									13
	3∶1∶1									25
	2∶1∶2									34
	1∶1∶3									16
	0∶1∶4									22

表7 对甲基苯甲酸铈、硬脂酸钙、季戊四醇复配的热老化变色和刚果红实验结果

Tab.7 Thermal aging discoloration and Congo red experimental results of the combination of CPB, calcium stearate and pentaerythritol

稀土稳定剂	质量比	热老化时间/min								刚果红试纸变蓝时间/min
稀土稳定剂	质量比	5	10	15	20	25	30	35	40	刚果红试纸变蓝时间/min
对甲基苯甲酸铈∶钙锌复合∶季戊四醇	4∶1∶0									25
	3∶1∶1									29
	2∶1∶2									42
	1∶1∶3									37
	0∶1∶4									24

表8 对甲基苯甲酸铈与钙锌复合稳定剂、季戊四醇复配的热老化变色和刚果红实验结果

Tab.8 Thermal aging discoloration and Congo red experimental results of the compound stabilizer of CPB, calcium zinc compound stabilizer and pentaerythritol

稳定剂	塑化时间/s	动态热稳定时间/s	塑化扭矩/ kN·m	平衡扭矩/ kN·m
—	59	503	28.4	14.5
对甲基苯甲酸铈	37	533	15.2	10.2
钙锌复合稳定剂	41	720	11.7	9.8
季戊四醇	39	609	16.2	11.6
对甲基苯甲酸铈∶Ca∶Zn复合∶季戊四醇	33	2 327	8.9	8.2

表9 转矩流变实验结果

Tab.9 Experimental results of torque rheology

图1 HCl处理前后对甲基苯甲酸铈的FTIR谱图

Fig.1 FTIR spectra of CPB treated and untreated by HCl

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