肌氨酸插层镁铝镧水滑石用作PVC热稳定剂的研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.12.015

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (12): 92-98.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.12.015

肌氨酸插层镁铝镧水滑石用作PVC热稳定剂的研究

段金胜¹^,²^,³, 柳召刚¹^,²^,³(), 李沂霖¹^,²^,³, 贾培杰¹^,²^,³, 吴书欣¹^,²^,³

^1.内蒙古科技大学稀土产业学院，包头 014010
^2.内蒙古科技大学轻稀土资源绿色开采与高效利用重点实验室，包头 014010
^3.内蒙古科技大学稀土湿法冶金与轻稀土应用重点实验室，包头 014010

收稿日期:2025-01-11 出版日期:2025-12-26 发布日期:2025-12-22
通讯作者: 柳召刚（1965-），男，教授，从事稀土湿法冶金及轻稀土的应用，Liuzg65@163.com
E-mail:Liuzg65@163.com

Study on methylglycine⁃intercalated Mg⁃Al⁃La layered double hydroxides as efficient thermal stabilizers for PVC

DUAN Jinsheng¹^,²^,³, LIU Zhaogang¹^,²^,³(), LI Yilin¹^,²^,³, JIA Peijie¹^,²^,³, WU Shuxin¹^,²^,³

^1.School of Rare Earth Industry，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China
^2.Key Laboratory of Green Extraction and Efficient Utilization of Light Rare Earth Resources，School of Rare Earth Industry，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China
^3.Key Laboratory of Rare Earth Hydrometallurgy and Light Rare Earth Application，School of Rare Earth Industry，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China

Received:2025-01-11 Online:2025-12-26 Published:2025-12-22
Contact: LIU Zhaogang E-mail:Liuzg65@163.com

摘要/Abstract

摘要：

通过共沉淀⁃水热法制备镁铝镧水滑石（MgAlLa⁃LDHs）及其肌氨酸插层铝镧水滑石（MgAlLa⁃N⁃LDHs），并研究其对PVC性能的影响。结果表明，肌氨酸改性后，水滑石层间距显著增大，分散性提高；MgAlLa⁃N⁃LDHs具有更优异的热稳定性能；其在PVC基体中表现出良好的相容性，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率显著增强；改性稀土水滑石提高了PVC的热稳定性；静态与动态热稳定性测试进一步证实了其对PVC降解的显著抑制作用，有效延长了材料的使用寿命；综合性能评估显示，MgAlLa⁃N⁃LDHs可作为高效环保型PVC热稳定剂，为其实际应用提供了理论和实验支持。

关键词: 水滑石, 聚氯乙烯, 热稳定剂, 稀土, 插层

Abstract:

Magnesium⁃aluminum⁃lanthanum layered double hydroxides （MgAlLa⁃LDHs） and their methylglycine⁃intercalated counterparts （MgAlLa⁃N⁃LDHs） were synthesized via a coprecipitation⁃hydrothermal method. The methylglycine intercalation was confirmed by XRD and SEM， which revealed an increased interlayer spacing and a more exfoliated morphology. TGA demonstrated that the modification significantly enhanced the intrinsic thermal stability of the LDHs. When incorporated into PVC， the MgAlLa⁃N⁃LDHs exhibited excellent matrix compatibility， leading to a simultaneous improvement in tensile strength and elongation at break. Moreover， the modified LDHs substantially improved the thermal stability of PVC， as evidenced by increased thermal degradation activation energy and extended stability times in both static and dynamic tests. These results are attributed to the synergistic effect of the rare⁃earth elements and the intercalated methylglycine， which effectively inhibit the degradation of PVC. The methylglycine⁃intercalated MgAlLa⁃LDHs thus present a highly effective and environmentally friendly solution for enhancing PVC's service life， offering strong theoretical and experimental support for their industrial application.

Key words: layered double hydroxides, polyvinyl chloride, thermal stability, rare earth, intercalation

中图分类号:

TQ325.3

段金胜, 柳召刚, 李沂霖, 贾培杰, 吴书欣. 肌氨酸插层镁铝镧水滑石用作PVC热稳定剂的研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(12): 92-98.

DUAN Jinsheng, LIU Zhaogang, LI Yilin, JIA Peijie, WU Shuxin. Study on methylglycine⁃intercalated Mg⁃Al⁃La layered double hydroxides as efficient thermal stabilizers for PVC[J]. China Plastics, 2025, 39(12): 92-98.

图/表 14

成分	PVC	DOP	LDHs
质量/g	75	19	3

表1 PVC复合材料配方

Tab.1 Formulation of PVC composites

图1 稳定时间和诱导时间确定方法示意图

Fig.1 Illustration of the method for determining induction time and stabilization time

成分	PVC	PE蜡	LDHs
份数（质量）	100	1	5

表2 PVC塑化配方

Tab.2 PVC plasticization formulations

图2 水滑石的XRD图谱

Fig.2 XRD patterns of rare earth hydrotalcite

图3 水滑石的SEM照片

Fig.3 SEM of the hydrotalcite

图4 水滑石的热分析曲线

Fig.4 TG analysis of the hydrotalcite

图5 加入水滑石的PVC片材断面SEM照片

Fig.5 SEM of the cross⁃sectional of PVC sheets with added hydrotalcite

助剂名称	时间/min							热稳定时间/min
助剂名称	10	20	30	40	50	60	70	热稳定时间/min
ZnAlLa⁃LDHs								45
MgAlLa⁃LDHs								53
MgAlLa⁃N⁃LDHs								58
硬脂酸锌								5
硬脂酸钙								25
季戊四醇								6
硬脂酸镧								21
无								3

表3 不同热稳定剂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 different heat stabilizers

图6 加入水滑石的PVC的电导率曲线

Fig.6 Conductivity curves of PVC with added hydrotalcite

稳定剂	180 ℃		190 ℃
稳定剂	诱导时间/min	热稳定时间/min	诱导时间/min	热稳定时间/min
PVC	-	11	-	6
MgAlLa⁃CO₃⁃LDHs	22	47	15	23
MgAlLa⁃N⁃LDHs	28	49	16	24

表4 在180 ℃和190 ℃下电导率测试实验结果

Tab.4 Conductivity test results at 180 ℃ and 190 ℃

稳定剂	反应速率k		E_a/kJ•mol^-1
稳定剂	k₁	k₂	E_a/kJ•mol^-1
无	5.38	8.60	81.85
MgAlLa⁃LDHs	2.01	5.21	165.85
MgAlLa⁃N⁃LDHs	1.95	5.24	172.48

表5 加入水滑石热稳定剂的PVC降解活化能

Tab.5 Degradation activation energy of PVC with added hydrotalcite heat stabilizers

图7 塑化性能曲线

Fig.7 Plasticization performance curve

稳定剂	塑化时间/min	塑化扭矩/N·m	平衡扭矩/N·m
None	1.68	14.4	13.6
MgAlLa⁃LDHs	1.08	18.2	14.9
MgAlLa⁃N⁃LDHs	1.06	18.4	17.0

表6 塑化实验结果

Tab.6 Plasticization test results

稳定剂	拉伸强度（σ_s ）/MPa	断裂伸长率（e）/%
无	34.49	96.26
硬脂酸锌	35.62	89.54
硬脂酸钙	37.86	123.37
季戊四醇	37.36	122.28
MgAlLa⁃LDHs	37.59	127.32
MgAlLa⁃N⁃LDHs	38.90	132.79

表7 加入热稳定剂的PVC样品的力学性能测试结果

Tab.7 Mechanical properties test results of PVC samples with added heat stabilizers

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肌氨酸插层镁铝镧水滑石用作PVC热稳定剂的研究

Study on methylglycine⁃intercalated Mg⁃Al⁃La layered double hydroxides as efficient thermal stabilizers for PVC

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