富马酸季戊四醇酯基镧稀土化合物的制备及其在PVC中热稳定性能和抗菌性能的研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.01.002

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (1): 6-12.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.01.002

富马酸季戊四醇酯基镧稀土化合物的制备及其在PVC中热稳定性能和抗菌性能的研究

陈明光¹^,²(), 李梦迪³, 郁辰³, 曹鸿璋², 于晓丽², 柳召刚¹, 罗果萍¹()

^1.内蒙古科技大学稀土产业学院，内蒙古包头 014030
^2.白云鄂博稀土资源研究与综合利用全国重点实验室，内蒙古包头 014030
^3.山东理工大学化学化工学院，山东淄博 255000

收稿日期:2024-04-19 出版日期:2025-01-26 发布日期:2025-02-14
通讯作者: 罗果萍（1964-），女，博士，教授，从事高炉炼铁理论与新技术研究，luoguoping3@126.com
E-mail:chenmg111@126.com;luoguoping3@126.com
作者简介:陈明光（1987-），男，博士在读，高级工程师，从事稀土高分子助剂研究，chenmg111@126.com
基金资助:
白云鄂博稀土资源研究与综合利用全国重点实验室联合研究课题(2022Z2417)

Preparation， thermal stability and antibacterial properties of pentaerythritol fumarate⁃based lanthanum rare earth compounds for use in PVC

CHEN Mingguang¹^,²(), LI Mengdi³, YU Chen³, CAO Hongzhang², YU Xiaoli², LIU Zhaogang¹, LUO Guoping¹()

^1.School of Rare Earth Industry，Inner Mongolia University of Science & Technology，Baotou 014010，China
^2.National Key Laboratory of Baiyunobo Rare Earth Resource Researches and Comprehensive Utilization，Baotou 014030，China
^3.School of Chemistry and Chemical；Engineering，Shandong University of Technology，Zibo 255000，China

Received:2024-04-19 Online:2025-01-26 Published:2025-02-14
Contact: LUO Guoping E-mail:chenmg111@126.com;luoguoping3@126.com

摘要/Abstract

摘要：

本文以富马酸、季戊四醇和醋酸镧为原料，合成了富马酸季戊四醇镧（FGPE⁃La）稀土化合物，对其结构和组成进行了表征，并研究了FGPE⁃La在聚氯乙烯（PVC）中的热稳定性能和抗菌性能。结果表明，FGPE⁃La是兼具热稳定性能和抗菌性能的多功能PVC助剂，当FGPE⁃La∶ZnSt₂=3∶1时，具有较好的初期白度和长期热稳定性，且当4份FGPE⁃La单独使用时，热稳定时间达到了68 min，能够显著提高PVC的长期稳定性；当添加6 %（质量分数，下同）FGPE⁃La时，PVC的抑菌率达到99.1 %，溶血率也仅为4.6 %，具有较好的生物相容性。

关键词: 稀土化合物, 聚氯乙烯, 热稳定性能, 抗菌性能

Abstract:

A rare earth compound， fumaric acid pentaerythritol lanthanum （FGPE⁃La）， was synthesized using fumaric acid， pentaerythritol， and lanthanum acetate as raw materials. The chemical structure and composition of the resultant FGPE⁃La were characterized， and its thermal stability and antibacterial properties when used in PVC were investigated. The results indicated that FGPE⁃La could be used as a multifunctional PVC additive with both good thermal stability and antibacterial properties. When a mixer of FGPE⁃La and ZnSt2 at a mass ratio of 3：1 was used for PVC， good initial whiteness and long⁃term thermal stability could be obtained in the modified PVC. Moreover， the thermal stability time of the modified PVC reaches 68 minutes when 4 phr FGPE⁃La was incorporated alone， indicating a significant improvement in the long⁃term stability. An antibacterial rate of 99.1 % was achieved for the modified PVC containing 6 wt.% FGPE⁃La， and its hemolysis rate was only 4.6 %， indicating good biocompatibility.

Key words: fumaric acid, pentaerythritol, rare earth compounds, thermal stability, antibacterial property

中图分类号:

TQ325.3

陈明光, 李梦迪, 郁辰, 曹鸿璋, 于晓丽, 柳召刚, 罗果萍. 富马酸季戊四醇酯基镧稀土化合物的制备及其在PVC中热稳定性能和抗菌性能的研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 6-12.

CHEN Mingguang, LI Mengdi, YU Chen, CAO Hongzhang, YU Xiaoli, LIU Zhaogang, LUO Guoping. Preparation， thermal stability and antibacterial properties of pentaerythritol fumarate⁃based lanthanum rare earth compounds for use in PVC[J]. China Plastics, 2025, 39(1): 6-12.

图/表 13

图1 富马酸季戊四醇镧的合成路线

Fig.1 Synthetic routes of FGPE⁃La

图2 FGPE和FGPE⁃La的FTIR谱图

Fig.2 FTIR of FGPE and FGPE⁃La

图3 FGPE⁃La的XPS谱图

Fig.3 XPS spectra of FGPE⁃La

含量/%	C元素	H元素	O元素	La元素
实际含量	39.48	5.99	38.42	16.11
理论含量	40.06	5.28	38.11	16.55

表1 FGPE⁃La的元素分析结果和稀土含量测试结果

Tab.1 The results of element analysis and rare earth content test of FGPE⁃La

图4 不同热稳定剂的烘箱热老化试验

Fig.4 Experiment of heat aging in oven with different heat stabilizers

图5 不同热稳定剂的电导率测试结果

Fig.5 Electrical conductivity test results of different heat stabilizers

图6 不同热稳定剂的转矩流变测试结果

Fig.6 Torque rheological test results of different heat stabilizers

热稳定剂	吸收HCl的量， mg（HCl）/g热稳定剂
FGPE⁃La	93.64
ZnSt2	106.71
CaSt2	88.45

表2 不同热稳定剂吸收HCl的能力

Tab.2 The ability of different heat stabilizers to absorb HCl

图7 FGPE⁃La与ZnCl2复配后的烘箱热老化实验结果

Fig.7 Results of oven thermal aging experiments on FGPE⁃La combined with ZnCl2

图8 PVC中添加不同比例的FGPE⁃La对大肠杆菌的抗菌效果

Fig.8 Antibacterial effect of different proportion of FGPE⁃La added to PVC on Escherichia coli

图9 添加FGPE⁃La前后对大肠杆菌OD值的变化情况

Fig.9 The change of OD value of E. coli before and after adding FGPE⁃La

图10 FGPE⁃La对红细胞溶血性实验

Fig.10 Effect of FGPE⁃La on erythrocyte hemolysis

图11 添加FGPE⁃La前后的大肠杆菌的SEM照片

Fig.11 SEM of Escherichia coli before and after adding FGPE La

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富马酸季戊四醇酯基镧稀土化合物的制备及其在PVC中热稳定性能和抗菌性能的研究

Preparation， thermal stability and antibacterial properties of pentaerythritol fumarate⁃based lanthanum rare earth compounds for use in PVC

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