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

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.02.003

Abstract

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

CLC Number:

TQ325.3

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.

Figures/Tables 10

References 21

1	李侃社，丁贺，闫兰英，等. N⁃苯基马来酰胺酸根合镧（Ⅲ）的合成及对PVC的热稳定作用［J］. 中国稀土学报， 2009， 27（4）：460⁃463.
	LI K S， DING H， YAN L Y， et al. Synthesis of Complex of Lanthanum （Ⅲ） with N⁃Phenyl Maleamic Acid and Its Effect on Thermal Stability of PVC［J］. Journal of the Chinese Rare Earth Society， 2009， 27（4）：460⁃463.
2	郭玉军. 浅析聚氯乙烯稀土热稳定剂的稳定机理［J］. 聚氯乙烯， 2006， 34（10）：25⁃26.
	GUO Y J. Introduction to the Stabilizing Mechanism of Rare Earth Heat Stabilizer for PVC［J］. Polyvinyl Chloride， 2006， 34（10）：25⁃26.
3	李倩，陈静波，刘春太，等.塑料注射成型技术及其进展［J］.中国塑料，2001，15（10）： 7⁃13.
	LI Q， CHEN J B， LIU C T， et al. Plastic Injection Molding Technology and its Progress［J］. China Plastics， 2001， 15（10）： 7⁃13.
4	付沛福，梁继才. 注射成型新技术：气体辅助注射成型［J］. 吉林工业大学学报， 1999（1）：101⁃104.
	FU P F， LIANG J C. A New Technique on Injection Molding Gas Assisted Injection Molding［J］. Journal of Natural Science of Jilin University of Technology，， 1999，29（1）：101⁃104.
5	刘乃亮，齐暑华，吴波，等. 硬脂酸稀土稳定剂的制备与复配应用［J］. 化学与黏合， 2010， 32（4）：68⁃71.
	LIU N L， QI S H， WU B， et al. Preparation and Compound Application of Rare Earth Stearate Stabilizer［J］. Chemistry and Adhesion， 2010， 32（4）：68⁃71.
6	于静，李敏贤，李德玲. 羧酸对复合羧酸镧热稳定剂性能的影响［J］. 中国稀土学报， 2015， 33（1）：60⁃65.
	YU J， LI M X， LI D L. Effect of Carboxylic Acid on Pro⁃perty of Composite Carboxylate Lanthanum Thermal Stabilizer［J］. Journal of the Chinese Society of Rare Earths， 2015， 33（1）：60⁃65.
7	张伟，兰文兰，白素丽.新型稀土热稳定剂蓖麻油酸镧的制备及其对PVC热稳定性的研究［J］.内蒙古石油化工，2020，46（6）：10⁃12.
	ZHANG W， LAN W L， BAI S L.Preparation of New Rare Earth Thermal Stabilizer of Lanthanum Ricinoleate and its Effect on PVC Thermal Stability［J］.Inner Mongolia Petrochemical Industry，2020，46（6）：10⁃12.
8	于静. PVC用稀土热稳定剂研究进展［J］. 中国塑料， 2013， 27（10）：12⁃17.
	YU J. Research Progress in Rare Earth Thermal Stabilizers for PVC［J］. China Plastics， 2013， 27（10）：12⁃17.
9	柳召刚，冯佳萌，李梅，等.对甲基苯甲酸镧作为PVC热稳定剂的研究［J］.中国塑料，2019，33（7）：74⁃82.
	LIU Z G， FENG J M， LI M， et al.Study on Lanthanum P⁃methyl Benzoate as PVC Thermal Stabilizer［J］.China Plastics，2019，33（7）：74⁃82.
10	罗曼，关平，刘文汇. 利用红外光谱鉴别饱和脂肪酸及其盐［J］. 光谱学与光谱分析， 2007， 27（2）：250⁃253.
	LUO M， GUAN P， LIU W H. The Identification of Several Saturated Fatty Acids and Their Salts by Means of Infrared Spectrometry［J］. Spectroscopy and Spectral Analysis， 2007， 27（2）：250⁃253.
11	LIU Y B， LIU W Q， HOU M H. Metal Dicarboxylates as Thermal Stabilizers for PVC［J］. Polymer Degradation and Stability， 2007， 92（8）：1 565⁃1 571.
12	DIECKMANN D， WEGELIN C. Antimony stabilizers：the current status［J］. Plast Compound， 1983， 6（5）：77⁃78.
13	WINKLER D E. Mechanism of Polyvinyl Chloride Degradation and Stabilization［J］. Journal of Polymer Science， 1959， 35（128）：3⁃16.
14	许家友，谢丽琼，龙金凤，等. 多元醇对PVC热稳定和色泽的影响［J］. 塑料， 2011， 40（4）：75⁃77，49.
	XU J Y， XIE L Q， LONG J F， et al. The Effect of Polyols on the Thermal Stability and Initial Colour of PVC［J］. Plastics， 2011， 40（4）：75⁃77，49.
15	ZHANG J， LI D G， FU M， et al. Synergistic Effect of Adipic Acid Pentaerythritol Ester with Calcium and Zinc Stearates on Poly（vinyl chloride） Thermal Stability［J］. Journal of Vinyl and Additive Technology， 2016， 22（3）：293⁃299.
16	SABAA M W， MOHAMED N A， ORABY E H， et al. Organic Thermal Stabilizers for Rigid Poly（vinyl chloride） V. Benzimidazolylacetonitrile and some of Its Derivatives［J］. Polymer Degradation and Stability， 2002， 76（3）：367⁃380.
17	李梅，姜在勇，柳召刚，等. 氰尿酸镧的合成及其对PVC热稳定作用的研究［J］. 塑料科技， 2012， 40（4）：114⁃118.
	LI M， JIANG Z Y， LIU Z G， et al. Study on Synthesis of Lanthanum Cyanuric and Its Thermal Stabilizing Effect on PVC［J］. Plastics Science and Technology， 2012， 40（4）：114⁃118.
18	吴茂英，刘正堂，崔英德. 硬脂酸稀土对PVC热稳定效能的递变［J］. 中国稀土学报， 2002， 20（z2）：259⁃262.
	WU M Y， LIU Z T， CUI Y D. Progressive Change of Heat Stabilization Efficiency of Rare Earth Stearates on PVC［J］. Journal of the Chinese Rare Earth Society， 2002， 20（z2）：259⁃262.
19	刘乃亮，齐暑华，吴波，等. 硬脂酸稀土稳定剂的制备与复配应用［J］. 化学与黏合， 2010， 32（4）：68⁃71.
	LIU N L， QI S H， WU B， et al. Preparation and Compound Application of Rare Earth Stearate Stabilizer［J］. Chemistry and Adhesion， 2010， 32（4）：68⁃71.
20	WINKLER D E. Mechanism of Polyvinyl Chloride Degradation and Stabilization［J］. Journal of Polymer Science， 1959， 35（128）：3⁃16.
21	方继彪，宋姣，郭永强，等. 稀土热稳定剂的合成与表征［J］. 辽宁化工， 2017， 46（9）：873⁃875.
	FANG J B， SONG J， GUO Y Q， et al. Synthesis and Characterization of Rare Earth Thermal Stabilizer［J］. Liaoning Chemical Industry， 2017， 46（9）：873⁃875.

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

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

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

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

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