新型多功能脲衍生物类PVC热稳定剂的设计、制备、应用及稳定机理研究

发布时间：2017-05-16 12:00

  本文关键词：新型多功能脲衍生物类PVC热稳定剂的设计、制备、应用及稳定机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：聚氯乙烯(PVC)性能优越,是一种应用十分广泛的热塑性塑料,但其热稳定性能差,必须加入一定量的热稳定剂才能加工成型。目前常用PVC热稳定剂以铅盐类、金属皂类、有机锡类等含有金属离子的热稳定剂为主。随着人类环保意识的增强,国内外正掀起研究开发环保热稳定剂以取代传统非环保品种的热潮。纯有机热稳定剂不含金属元素,是目前新型环保热稳定剂研发热点。本文选取在有机热稳定剂中效果较为突出的脲衍生物作为研究对象,设计合成了一系列尿嘧啶类有机化合物,利用刚果红法、烘箱变色法等方法系统研究了这些化合物对PVC热稳定性能的影响。结果表明这些化合物具有比钙锌稳定剂和二苯基硫脲更良好的热稳定剂效果,这是由于它们可以通过取代PVC链上不稳定氯原子及吸收氯化氢(HCl)来阻止PVC降解。在此基础上考察尿嘧啶类化合物结构与其热稳定效果的关系发现这些化合物中的氮原子在稳定反应中起到了关键作用。此外,尿嘧啶类化合物还展现了与硬脂酸锌良好的协同热稳定效果。在尿嘧啶作为PVC热稳定剂的研究基础上,通过分析影响含氮类热稳定剂稳定效果的因素,将与尿嘧啶结构相似而氮元素含量更高的尿囊素作为新型的PVC热稳定剂进行研究。结果显示尿囊素的热稳定效果比6-氨基尿嘧啶更好,这说明了提高氮元素含量是提高该类热稳定剂稳定效果的有效方法。将尿囊素作为钙锌稳定剂的辅助稳定剂使用,发现尿囊素与硬脂酸锌具有良好的协同热稳定作用,尿囊素能大幅提升钙锌稳定剂的长期热稳定效果。使用与尿嘧啶结构相似的氰尿酸作为原料,通过绿色简便的合成工艺制得了新型的有机锌化合物氰尿酸锌。通过元素分析、红外光谱分析结果推测出合成的氰尿酸锌的分子式为zn3(c3n3o3)2·zno。将氰尿酸锌用作pvc热稳定剂发现,氰尿酸锌比硬脂酸锌的效果更好,尤其是长期热稳定效果,这是因为氰尿酸锌有机酸根部分也能吸收部分hcl,减少了氯化锌的生成,延缓了锌烧。另一方面,氰尿酸锌与硬脂酸钙并用时能发生良好的协同热稳定作用,其热稳定效果比传统的硬脂酸锌/硬脂酸钙更好。此外,热稳定剂复配研究发现二苯甲酰甲烷能提高氰尿酸锌/硬脂酸钙复合热稳定剂抑制pvc初期着色的能力,季戊四醇能提高其长期热稳定效果,而环氧大豆油效果最佳兼具以上两种功能。选取苯基脲作为原料合成了一系列带有不同长度烷烃链的苯基脲衍生物,表征这些化合物对pvc热稳定性能的影响,探究氮原子电子云密度对脲衍生物热稳定剂稳定效果的影响。结果显示这些苯基脲衍生物比苯基脲的热稳定效果更好,而且烷烃链越长苯基脲衍生物的热稳定效果越好。这是因为烷烃链是排电子基团,造成了氮原子上电子云密度变大,使其取代不稳定氯原子能力增强,从而使热稳定效果提升。将这些苯基脲衍生物与硬脂酸锌并用也能产生良好的协同稳定作用,这归功于它们能络合氯化锌使其失去催化PVC降解的能力。针对6-氨基-1,3-二甲基尿嘧啶作为PVC热稳定剂的缺陷,通过分子设计以其为原料合成了一系列双尿嘧啶类化合物。作为PVC热稳定剂,这些双尿嘧啶化合物具有比6-氨基-1,3-二甲基尿嘧啶更加优秀的热稳定效果。而且这些双尿嘧啶化合物改进了6-氨基-1,3-二甲基尿嘧啶对PVC透明性影响能大的缺点,含有这些双尿嘧啶化合物的PVC样品仍能保持很高的透明度。这是因为这些双尿嘧啶化合物带有长烷烃链,与PVC相容性能好,更容易与PVC基体混成一相,不仅减小了对透明度的影响还提高了稳定剂利用率。另外,本文还发现这些这些双尿嘧啶化合物还具有一定抑制细菌生长的能力,具有发展成为抗菌多功能热稳定剂的潜力。
【关键词】：聚氯乙烯 有机热稳定剂 脲衍生物 协同作用 热稳定机理 多功能
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ325.3
【目录】：

• 摘要4-7
• ABSTRACT7-16
• 第一章 绪论16-39
• 1.1 引言16-18
• 1.2 PVC热降解原理18-21
• 1.2.1 PVC热降解的现象18
• 1.2.2 引起PVC热降解的特殊结构18-19
• 1.2.3 PVC热降解机理19-21
• 1.3 PVC热稳定剂21-22
• 1.3.1 热稳定剂概述21-22
• 1.3.2 热稳定剂分类22
• 1.4 重要的热稳定剂品种及其发展趋势22-29
• 1.4.1 铅盐类热稳定剂22-23
• 1.4.2 金属皂类热稳定剂23-25
• 1.4.3 有机锡类热稳定剂25-26
• 1.4.4 有机锑类热稳定剂26
• 1.4.5 有机热稳定剂26-29
• 1.5 含氮类有机热稳定剂29-36
• 1.5.1 常规含氮类有机热稳定剂29-34
• 1.5.2 含氮有机锌热稳定剂34-35
• 1.5.3 多功能的含氮类有机热稳定剂35-36
• 1.6 本文选题思路及意义36-37
• 1.7 本文主要研究内容37-39
• 第二章 尿嘧啶类热稳定剂的合成及其对PVC热稳定性能的影响39-53
• 2.1 引言39
• 2.2 实验部分39-41
• 2.2.1 实验原料39-40
• 2.2.2 尿嘧啶类化合物的合成40
• 2.2.3 表征方法40-41
• 2.2.4 PVC样品的制备41
• 2.2.5 稳定效果测试方法41
• 2.3 结果与讨论41-52
• 2.3.1 尿嘧啶类化合物的表征41-42
• 2.3.2 尿嘧啶类化合物对PVC热稳定性能的影响42-43
• 2.3.3 尿嘧啶类化合物的稳定机理研究43-48
• 2.3.4 尿嘧啶类稳定剂的化学结构对其稳定效果的影响研究48-50
• 2.3.5 尿嘧啶类稳定剂与钙锌稳定剂的协同稳定效果研究50-52
• 2.4 本章小结52-53
• 第三章 尿囊素作为PVC热稳定剂的研究53-65
• 3.1 引言53
• 3.2 实验部分53-54
• 3.2.1 实验原料53-54
• 3.2.2 表征方法54
• 3.2.3 PVC样品的制备54
• 3.2.4 稳定效果测试方法54
• 3.3 结果与讨论54-63
• 3.3.1 尿囊素的热重分析54-55
• 3.3.2 尿囊素单独使用对PVC热稳定性能的影响55-56
• 3.3.3 尿囊素与ZnSt2协同稳定效果研究56-58
• 3.3.4 尿囊素与CaSt2协同稳定效果研究58-59
• 3.3.5 尿囊素作为钙锌稳定剂的辅助稳定剂的应用研究59-62
• 3.3.6 尿囊素的稳定机理研究62-63
• 3.4 本章小结63-65
• 第四章 氰尿酸锌的合成及其对PVC热稳定性能的影响65-81
• 4.1 引言65
• 4.2 实验部分65-67
• 4.2.1 实验原料65-66
• 4.2.2 氰尿酸锌的合成66
• 4.2.3 表征方法66
• 4.2.4 PVC样品的制备66
• 4.2.5 稳定效果测试方法66-67
• 4.3 结果与讨论67-80
• 4.3.1 氰尿酸锌的表征67-70
• 4.3.2 氰尿酸锌对PVC热稳定性能的影响70-73
• 4.3.3 氰尿酸锌的稳定机理研究73-76
• 4.3.4 氰尿酸锌与其他稳定剂协同稳定效果研究76-80
• 4.4 本章小结80-81
• 第五章 苯基脲衍生物的合成及其对PVC热稳定性能的影响81-94
• 5.1 引言81
• 5.2 实验部分81-82
• 5.2.1 实验原料81
• 5.2.2 苯基脲衍生物的合成81-82
• 5.2.3 表征方法82
• 5.2.4 PVC样品的制备82
• 5.2.5 稳定效果测试方法82
• 5.3 结果与讨论82-92
• 5.3.1 合成的苯基脲衍生物表征82-84
• 5.3.2 苯基脲衍生物对PVC热稳定性能的影响84-88
• 5.3.3 苯基脲衍生物的稳定机理研究88-90
• 5.3.4 苯基脲衍生物与ZnSt2协同稳定效果研究90-92
• 5.4 本章小结92-94
• 第六章 新型双尿嘧啶化合物的合成及其作为PVC热稳定剂的应用研究94-108
• 6.1 引言94
• 6.2 实验部分94-96
• 6.2.1 实验原料94-95
• 6.2.2 双尿嘧啶化合物的合成95
• 6.2.3 表征方法95-96
• 6.2.4 PVC样品的制备96
• 6.2.5 稳定效果测试方法96
• 6.2.6 抑菌效果测试方法96
• 6.3 结果与讨论96-107
• 6.3.1 合成的双尿嘧啶化合物表征96-97
• 6.3.2 双尿嘧啶化合物对PVC热稳定性能的影响97-101
• 6.3.3 双尿嘧啶化合物稳定机理研究101-102
• 6.3.4 双尿嘧啶化合物对PVC透明性能的影响102-106
• 6.3.5 双尿嘧啶化合物抑菌性能的测试106-107
• 6.4 本章小结107-108
• 第七章 总结与展望108-113
• 全文总结108-111
• 本文创新点111
• 展望111-113
• 参考文献113-126
• 致谢126-127
• 攻读学位期间取得的学术成果127-128

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 边侠玲,姚日生;亚磷酸酯对聚氯乙烯的稳定作用[J];安徽化工;1993年01期

2 吴茂英;N-(取代苯基)马来酰亚胺对PVC的热稳定作用[J];精细石油化工;2000年03期

3 林莅蒙;吴茂英;王锋;;氰基胍作为PVC热稳定剂的应用[J];塑料;2012年02期

4 吴茂英;PVC用热稳定剂金属皂的特性研究[J];现代塑料加工应用;2003年01期

5 李玉芳;伍小明;;PVC无毒热稳定剂的研究开发进展[J];橡塑技术与装备;2011年01期

6 梁玲;吴茂英;;N-(取代苯基)-N′-氰乙酰脲对PVC的热稳定作用——性能递变规律与机理[J];中国塑料;2014年04期

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本文编号：370743