甘油鋅及其復合光穩定劑對PVC的光穩定作用研究

彭青林,申雄軍

(長沙理工大學化學與生物工程學院,湖南長沙410004)

甘油鋅及其復合光穩定劑對PVC的光穩定作用研究

彭青林,申雄軍＊

(長沙理工大學化學與生物工程學院,湖南長沙410004)

對甘油鋅用作聚氯乙烯(PVC)光穩定劑的光穩定作用進行了研究,考察了 PVC紫外光老化后力學性能和顏色的變化。結果表明,甘油鋅對PVC具有明顯的光穩定作用,與受阻胺光穩定劑 Tinuvin770復配時,具有明顯的正協同效應,當二者的配比達到2∶3(質量比,下同)時,對PVC的光穩定效果最佳。

聚氯乙烯;甘油鋅;光穩定劑;協同效應;受阻胺

0 前言

PVC是五大通用塑料之一,PVC制品在戶外有廣泛的應用,如門框、窗框、墻板、管道、薄膜等。然而,這些PVC制品曝露于日光或紫外線下會因光降解使材料老化,出現泛黃、變脆、力學性能下降等現象,最終失去使用價值。而防止PVC材料的光氧老化、延長其使用壽命的有效方法就是在材料中添加適當的光穩定劑[1-5]。

甘油鋅配合物(簡稱甘油鋅)是一種新型的精細化學品,應用廣泛。甘油鋅可由廉價易得的氧化鋅和甘油制得[6]。在高分子工業上,因甘油鋅具有良好的抗紫外光能力,無毒,不著色,而被用作塑料和橡膠的紫外光穩定劑[7-10]。本文研究了甘油鋅對PVC的光穩定作用,并將甘油鋅與受阻胺光穩定劑 Tinuvin770進行復配,對PVC的光穩定作用進行了研究。

1 實驗部分

1.1 主要原料

PVC,CPM-31,湖南郴洲電化廠;

鄰苯二甲酸二辛酯(DOP),工業級,長沙塑料八廠;

硬脂酸鈣,分析純 ,99%,湖北應城塑料助劑廠;

受阻胺光穩定劑,Tinuvin770,汽巴精細化學品有限公司;

甘油鋅,自制[6]。

1.2 主要設備及儀器

雙輥煉塑機,SK-160B,上海橡膠機械廠;

紫外燈箱,500W,北京電光源研究所;

電子萬能試驗機,DW-4005,中國科學院長春科新公司試驗儀器研究所;

色差儀,CR-10,日本美能達公司。

1.3 樣品制備

將100 g PVC粉,按一定配比加入光穩定劑、熱穩定劑(硬脂酸鈣)及DOP等,光穩定劑復配的配方如表1所示,熱穩定劑為2.5 g,DOP為30 g,充分混合,將干混料置于雙輥煉塑機上混煉,前輥溫度175℃,后輥溫度170℃,開煉3 min,拉成約0.5 mm厚的片材,揭下PVC片,剪成30 mm ×30 mm的試樣。

表1 光穩定劑復配的配方Tab.1 Compound formular of light stabilizers

1.4 性能測試與結構表征

將PVC片放入紫外燈箱中加速老化,進行光穩定性能測試,每隔8 h取樣按照 GB/T 1040—1979測試其拉伸強度和斷裂伸長率,拉伸速率為5 mm/min,與初始拉伸強度和斷裂伸長率進行比較,計算拉伸強度保持率和斷裂伸長率保持率;

色差測定:加速老化50 h后,取出試樣,以老化前試樣為參比,用色差儀測定老化前后試樣的色差。

2 結果與討論

2.1 甘油鋅用量對PVC光穩定性能的影響

在其他成分保持不變的情況下,分別添加不同含量的甘油鋅,考察其對PVC的光穩定作用。如圖1所示,光照時間相同時,隨著光穩定劑甘油鋅含量的增加,PVC的拉伸強度保持率和斷裂伸長率保持率增大,這表明甘油鋅對PVC具有明顯的光穩定作用,而且光穩定作用隨著甘油鋅含量的增加而增強。從圖1還可以看出,隨著光照時間的增加,添加0.5%甘油鋅的PVC的拉伸強度保持率和斷裂伸長率保持率與添加0.1%甘油鋅的PVC的拉伸強度保持率和斷裂伸長率保持率的差值逐漸減小,力學性能下降幅度較大的是斷裂伸長率。這表明甘油鋅對PVC的后期光穩定作用有所降低,所以要對甘油鋅進行復配。由圖2可以看出,隨著光穩定劑甘油鋅含量的增加,老化前后試樣的色差減少,這表明甘油鋅對PVC的光穩定作用隨著甘油鋅含量的增加而增強,當甘油鋅含量達到0.5%時 ,對PVC的光穩定作用趨于穩定。由圖1可知,在紫外光照射下,PVC發生光降解,光降解后,力學性能下降幅度較大的是斷裂伸長率,甘油鋅對PVC具有明顯的光穩定作用,而且光穩定作用隨著甘油鋅含量的增加而增強,當甘油鋅含量達到0.5%時,對 PVC的光穩定作用趨于穩定。

圖1 甘油鋅含量對PVC紫外光老化后力學性能的影響Fig.1 Effect of glyzinc content on the mechanical property of PVC after aging

圖2 甘油鋅含量對PVC紫外光老化后色差的影響Fig.2 Effect of glyzinc content on the chromatic aberrations of PVC after aging

2.2 甘油鋅與與受阻胺復配對PVC光穩定性的影響

在其他成分保持不變的情況下,考察光穩定劑復配對 PVC的光穩定作用,如圖3、4所示。在各配方中,光穩定劑的總含量是相同的,只是其中的甘油鋅與受阻胺的配比不同。從圖3可以看出,2#、3#、4#樣品的力學性能比6#、5#、1#的要好,尤其拉伸強度保持率要好得多,其中又以4#樣品的效果最好。光照時間相同時,4#樣品的拉伸強度保持率比1#樣品平均高出約13%,斷裂伸長率保持率平均高出約8%。這表明在甘油鋅中添加適量的受阻胺 Tinuvin770用作PVC的光穩定劑時,能增強甘油鋅的光穩定作用,說明甘油鋅與受阻胺 Tinuvin770復配具有正協同效應,當二者的配比達到2∶3時對PVC的光穩定效果最佳。從圖4可以看到,4#樣品在500 W紫外燈箱中加速老化50 h后,試樣的色差最小,這表明4#樣品的光穩定效果最佳。

圖3 不同光穩定劑對PVC紫外光照射后力學性能的影響Fig.3 Effect of light stabilizer type on the mechanical property of PVC after aging

圖4 不同光穩定劑對PVC紫外光老化后色差的影響Fig.4 Effect of light stabilizer type on the chromatic aberrations of PVC after aging

3 結論

(1)甘油鋅對PVC的光穩定作用隨著甘油鋅含量的增加而增強,當甘油鋅含量達到0.5%時,光穩定作用趨于穩定;

(2)甘油鋅與受阻胺 Tinuvin770復配時,具有正協同效應,當二者的配比達到2∶3時,對 PVC的光穩定效果最佳。

[1] Carlsson D J,Krzymien M,Worsfold D J,et al.Volatiles Released During the Weathering of PVC[J].Journal of Vinyl and Additive Technology,1997,3(2):100-106.

[2] 舒萬艮,申雄軍,牛聰偉,等.國內外光穩定劑的現狀及發展趨勢[J].現代塑料加工應用,2000,12(5):51-53.

[3] 陳登龍,章文貢.新型鋁酸酯光穩定劑的研究[J].中國塑料,2003,17(11):69-72.

[4] Sabaa M W,Oraby E H,Abdel N A,et al.Anthraquinone Derivatives as Organic Stabilizer for Rigid Poly(vinyl chloride)Against Photo-degradation[J].European Polymer Journal,2005,41(11):2530-2543.

[5] 石 巍,張 軍.聚氯乙烯紫外光穩定性研究進展[J].塑料科技,2007,35(2):88-95.

[6] 申雄軍,舒萬艮,周忠誠,等.新型 PVC熱穩定劑——甘油鋅的研制[J].中國塑料,2001,15(1):57-58.

[7] Reginald M Taylor.Plastics or Rubber Materials Modified by Crystalline Glycerato-zinc Complex:US,US4789701[P].1988-12-01.

[8] BOS,Michael,Ary.Condensates of Metal Compound and Polyhydroxy Compound and Vinyl Halide Polymers Stabilized Therewith:USA,WO9410113[P].1994-10-11.

[9] Matkin,Davidid,Allan.Zinc Glycerolate Manufacture:USA,WO9508524[P].1995-08-05.

[10] 申雄軍,舒萬艮,周忠誠.甘油鋅和光穩定劑NBC、BZ的光穩定作用測試與評價[J].中國塑料,2003,17(1):85-86.

Study of Glyzinc and Its Compound Stabilitizer on Photostabilization of PVC

PEN G Qinglin,SHEN Xiongjun＊
(College of Chemical and Biological Engineering,Changsha University of Science and Technology,Changsha 410004,China)

Glyzinc was used as a light stabilizer of PVC,and its effect on the after-aging mechanical properties and color of PVC was investigated.It showed that the photostabilization of glyzinc on PVC was excellent,and a synergistic effect of glyzinc with Tinuvin770 was observed.When the weight ratio of glyzinc to Tinuvin770 was 2∶3,the photostabilization was the best.

poly(vinyl chloride);glyzinc;light stabilizer;synergistic effect;hindered amine

TQ325.3

B

1001-9278(2011)05-0070-03

2011-01-11

湖南省科技廳計劃研究項目(2010FJ3098)

＊聯系人,shxjbill@163.com