吡嗪⁃2，3⁃二羧酸镧的合成及其对聚氯乙烯稳定性的作用

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.016

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (2): 103-110.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.016

吡嗪⁃2，3⁃二羧酸镧的合成及其对聚氯乙烯稳定性的作用

杨羽轩¹^,²^,³(), 柳召刚¹^,²^,³(), 赵金钢¹^,²^,³, 黄旭博¹^,²^,³, 陈明光¹^,⁴, 胡艳宏¹^,²^,³, 吴锦绣¹^,²^,³, 冯福山¹^,²^,³

^1.内蒙古科技大学材料与冶金学院，内蒙古包头 014010
^2.轻稀土资源绿色提取与高效利用教育部重点实验室，内蒙古包头 014010
^3.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
^4.包头稀土研究院，内蒙古包头 014030

收稿日期:2021-08-27 出版日期:2022-02-26 发布日期:2022-02-23
通讯作者: 柳召刚（1965—），男，教授，从事稀土湿法冶金及稀土功能性助剂研究，liuzg65@163.com
E-mail:307580006@qq.com;liuzg65@163.com
作者简介:杨羽轩（1996—），男，在读硕士研究生，从事稀土功能性助剂研究,307580006@qq.com

Synthesis of lanthanum 2，3⁃pyrazinedicarboxylic acid and its stabilizing effect on PVC

YANG Yuxuan¹^,²^,³(), LIU Zhaogang¹^,²^,³(), ZHAO Jingang¹^,²^,³, HUANG Xubo¹^,²^,³, CHEN Mingguang¹^,⁴, HU Yanhong¹^,²^,³, WU Jinxiu¹^,²^,³, FENG Fushan¹^,²^,³

^1.School of Materials and Metallurgy，Inner Mongolia University of Science and Technology，Baotou 014010，China
^2.Key Laboratory of Green Extraction and Efficient Utilization of LREE Resources，Ministry of Education，Baotou 014010，China
^3.Key Laboratory of Rare Earth Hydrometallurgy and Light Rare Earth Application of Inner Mongolia Autonomous Region，Baotou 014010，China
^4.Baotou Research Institute of Rare Earth，Baotou 014030，China

Received:2021-08-27 Online:2022-02-26 Published:2022-02-23
Contact: LIU Zhaogang E-mail:307580006@qq.com;liuzg65@163.com

摘要/Abstract

摘要：

以吡嗪?2，3?二羧酸（2，3?PDA）为配体，用硝酸镧和氨水合成了吡嗪?2，3?二羧酸镧（2，3?LPDA）稀土热稳定剂，通过红外光谱分析、元素分析和热分析确定了其分子式；通过静态热稳定实验研究了2，3?LPDA、其他辅助热稳定剂以及2，3?LPDA与硬脂酸锌、硬脂酸钙、季戊四醇的二元和三元复配体系的热稳定性，并对其对聚氯乙烯（PVC）塑化性能和力学性能的影响进行了表征；最后，探究了2，3?LPDA的热稳定机理。结果表明，2，3?LPDA的分子式为La₂（C₆N₂O₄）₂（NO₃）₂·3H₂O；当2，3?LPDA∶硬脂酸锌∶季戊四醇的复配质量比为2∶1∶2时，PVC的热稳定时间可以达到44 min，且复配体系对PVC的塑化性能有明显提高作用，使PVC的拉伸强度显著提升；2，3?LPDA能够减少PVC中的C—Cl的存在，并且可以吸收PVC降解产生的Cl^-，与稀土离子结合生成LaCl₃，从而抑制PVC的降解，达到热稳定效果。

关键词: 吡嗪?2, 3?二羧酸镧, 稀土, 热稳定剂, 聚氯乙烯, 复配

Abstract:

A lanthanum 2，3?pyrazinedicarboxylic acid （2，3?LPDA） rare earth thermal stabilizer was synthesized using 2，3?pyrazinedicarboxylic acid as a ligand together with lanthanum nitrate and ammonia water， and its molecular formula was analyzed through infrared spectroscopic characterization and elemental and thermal analyses. The thermal stability of 2，3?LPDA and its compounding system with other auxiliary heat stabilizers like zinc stearate， calcium stearate， and pentaerythritol were investigated through a static thermal stabilization experiment. The effect of thermal stabilizers on the plasticization and mechanical properties of PVC were evaluated. The thermal stability mechanism of 2，3?LPDA was analyzed. The results indicated that the molecular formula of 2，3?LPDA was determined to be La₂（C₆N₂O₄）₂（NO₃）₂·3H₂O. When the compounding ratio of 2，3?LPDA to zinc stearate to pentaerythritol was set as 2∶1∶2， the thermal stabilization time of PVC reached 44 min and its processability and tensile strength was improved significantly. The presence of 2，3?LPDA could depressed the dissociation of the C—Cl bond in PVC and absorbed the Cl^- produced by the degradation of PVC through a combination with rare earth ions to form LaCl₃. This effectively inhibited the degradation of PVC， resulting in a good thermal stability.

Key words: 2, 3?pyrazinedicarboxylic acid, rare earth, heat stabilizer, poly（vinyl chloride）, compound

中图分类号:

TQ314.24⁺5.1

杨羽轩, 柳召刚, 赵金钢, 黄旭博, 陈明光, 胡艳宏, 吴锦绣, 冯福山. 吡嗪⁃2，3⁃二羧酸镧的合成及其对聚氯乙烯稳定性的作用[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 103-110.

YANG Yuxuan, LIU Zhaogang, ZHAO Jingang, HUANG Xubo, CHEN Mingguang, HU Yanhong, WU Jinxiu, FENG Fushan. Synthesis of lanthanum 2，3⁃pyrazinedicarboxylic acid and its stabilizing effect on PVC[J]. China Plastics, 2022, 36(2): 103-110.

图/表 10

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元素	C/%	H/%	N/%	La/%
理论含量	16.36	1.26	11.97	31.53
实际含量	16.78	2.06	11.58	31.21

元素	C/%	H/%	N/%	La/%
理论含量	16.36	1.26	11.97	31.53
实际含量	16.78	2.06	11.58	31.21

热稳定剂	复配比例	热老化时间/min								热稳定时间/min
热稳定剂	复配比例	5	10	15	20	25	30	35	40	热稳定时间/min
2，3⁃LPDA∶硬脂酸锌	4∶1									34
	3∶2									29
	2∶3									29
	1∶4									19

热稳定剂	复配比例	热老化时间/min								热稳定时间/min
热稳定剂	复配比例	5	10	15	20	25	30	35	40	热稳定时间/min
2，3⁃LPDA∶硬脂酸锌	4∶1									34
	3∶2									29
	2∶3									29
	1∶4									19

热稳定剂	复配比例	塑化时间/s	塑化扭矩/ N·m	平衡扭矩/ N·m
无	—	58.2	27	19
季戊四醇	—	45.0	29	17
2，3⁃LPDA	—	49.8	29	19
2，3⁃LPDA∶硬脂酸锌	4∶1	68.4	25	20
2，3⁃LPDA∶季戊四醇	4∶1	66.0	31	19
2，3⁃LPDA∶硬脂酸锌∶季戊四醇	2∶1∶2	54.0	28	18

吡嗪⁃2，3⁃二羧酸镧的合成及其对聚氯乙烯稳定性的作用

Synthesis of lanthanum 2，3⁃pyrazinedicarboxylic acid and its stabilizing effect on PVC

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热稳定剂	热老化时间/min								热稳定时间/min
热稳定剂	5	10	15	20	25	30	35	40	热稳定时间/min
无									3
2，3⁃PDA									5
2，3⁃LPDA									30
硬脂酸锌									5
硬脂酸钙									25
季戊四醇									6
硬脂酸铅									46
硬脂酸镧									21
钙锌复合热稳定剂									19

热稳定剂	复配比例	热老化时间/min								热稳定时间/min
热稳定剂	复配比例	5	10	15	20	25	30	35	40	热稳定时间/min
2，3⁃LPDA∶硬脂酸锌∶季戊四醇	3∶1∶1									34
	2∶1∶2									44
	1∶1∶3									40

热稳定剂	复配比例	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/%
无	—	37.26	84.79
2，3⁃LPDA	—	42.32	115.68
硬脂酸锌	—	38.36	75.67
季戊四醇	—	39.69	117.34
2，3⁃LPDA∶硬脂酸锌	4∶1	38.48	173.68
2，3⁃LPDA∶季戊四醇	4∶1	41.98	127.85
2，3⁃LPDA∶硬脂酸锌∶季戊四醇	2∶1∶2	51.34	186.95

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