甘油锌及其复合光稳定剂对PVC的光稳定作用研究

彭青林,申雄军

(长沙理工大学化学与生物工程学院,湖南长沙410004)

甘油锌及其复合光稳定剂对PVC的光稳定作用研究

彭青林,申雄军＊

(长沙理工大学化学与生物工程学院,湖南长沙410004)

对甘油锌用作聚氯乙烯(PVC)光稳定剂的光稳定作用进行了研究,考察了 PVC紫外光老化后力学性能和颜色的变化。结果表明,甘油锌对PVC具有明显的光稳定作用,与受阻胺光稳定剂 Tinuvin770复配时,具有明显的正协同效应,当二者的配比达到2∶3(质量比,下同)时,对PVC的光稳定效果最佳。

聚氯乙烯;甘油锌;光稳定剂;协同效应;受阻胺

0 前言

PVC是五大通用塑料之一,PVC制品在户外有广泛的应用,如门框、窗框、墙板、管道、薄膜等。然而,这些PVC制品曝露于日光或紫外线下会因光降解使材料老化,出现泛黄、变脆、力学性能下降等现象,最终失去使用价值。而防止PVC材料的光氧老化、延长其使用寿命的有效方法就是在材料中添加适当的光稳定剂[1-5]。

甘油锌配合物(简称甘油锌)是一种新型的精细化学品,应用广泛。甘油锌可由廉价易得的氧化锌和甘油制得[6]。在高分子工业上,因甘油锌具有良好的抗紫外光能力,无毒,不着色,而被用作塑料和橡胶的紫外光稳定剂[7-10]。本文研究了甘油锌对PVC的光稳定作用,并将甘油锌与受阻胺光稳定剂 Tinuvin770进行复配,对PVC的光稳定作用进行了研究。

1 实验部分

1.1 主要原料

PVC,CPM-31,湖南郴洲电化厂;

邻苯二甲酸二辛酯(DOP),工业级,长沙塑料八厂;

硬脂酸钙,分析纯 ,99%,湖北应城塑料助剂厂;

受阻胺光稳定剂,Tinuvin770,汽巴精细化学品有限公司;

甘油锌,自制[6]。

1.2 主要设备及仪器

双辊炼塑机,SK-160B,上海橡胶机械厂;

紫外灯箱,500W,北京电光源研究所;

电子万能试验机,DW-4005,中国科学院长春科新公司试验仪器研究所;

色差仪,CR-10,日本美能达公司。

1.3 样品制备

将100 g PVC粉,按一定配比加入光稳定剂、热稳定剂(硬脂酸钙)及DOP等,光稳定剂复配的配方如表1所示,热稳定剂为2.5 g,DOP为30 g,充分混合,将干混料置于双辊炼塑机上混炼,前辊温度175℃,后辊温度170℃,开炼3 min,拉成约0.5 mm厚的片材,揭下PVC片,剪成30 mm ×30 mm的试样。

表1 光稳定剂复配的配方Tab.1 Compound formular of light stabilizers

1.4 性能测试与结构表征

将PVC片放入紫外灯箱中加速老化,进行光稳定性能测试,每隔8 h取样按照 GB/T 1040—1979测试其拉伸强度和断裂伸长率,拉伸速率为5 mm/min,与初始拉伸强度和断裂伸长率进行比较,计算拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率;

色差测定:加速老化50 h后,取出试样,以老化前试样为参比,用色差仪测定老化前后试样的色差。

2 结果与讨论

2.1 甘油锌用量对PVC光稳定性能的影响

在其他成分保持不变的情况下,分别添加不同含量的甘油锌,考察其对PVC的光稳定作用。如图1所示,光照时间相同时,随着光稳定剂甘油锌含量的增加,PVC的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率增大,这表明甘油锌对PVC具有明显的光稳定作用,而且光稳定作用随着甘油锌含量的增加而增强。从图1还可以看出,随着光照时间的增加,添加0.5%甘油锌的PVC的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率与添加0.1%甘油锌的PVC的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率的差值逐渐减小,力学性能下降幅度较大的是断裂伸长率。这表明甘油锌对PVC的后期光稳定作用有所降低,所以要对甘油锌进行复配。由图2可以看出,随着光稳定剂甘油锌含量的增加,老化前后试样的色差减少,这表明甘油锌对PVC的光稳定作用随着甘油锌含量的增加而增强,当甘油锌含量达到0.5%时 ,对PVC的光稳定作用趋于稳定。由图1可知,在紫外光照射下,PVC发生光降解,光降解后,力学性能下降幅度较大的是断裂伸长率,甘油锌对PVC具有明显的光稳定作用,而且光稳定作用随着甘油锌含量的增加而增强,当甘油锌含量达到0.5%时,对 PVC的光稳定作用趋于稳定。

图1 甘油锌含量对PVC紫外光老化后力学性能的影响Fig.1 Effect of glyzinc content on the mechanical property of PVC after aging

图2 甘油锌含量对PVC紫外光老化后色差的影响Fig.2 Effect of glyzinc content on the chromatic aberrations of PVC after aging

2.2 甘油锌与与受阻胺复配对PVC光稳定性的影响

在其他成分保持不变的情况下,考察光稳定剂复配对 PVC的光稳定作用,如图3、4所示。在各配方中,光稳定剂的总含量是相同的,只是其中的甘油锌与受阻胺的配比不同。从图3可以看出,2#、3#、4#样品的力学性能比6#、5#、1#的要好,尤其拉伸强度保持率要好得多,其中又以4#样品的效果最好。光照时间相同时,4#样品的拉伸强度保持率比1#样品平均高出约13%,断裂伸长率保持率平均高出约8%。这表明在甘油锌中添加适量的受阻胺 Tinuvin770用作PVC的光稳定剂时,能增强甘油锌的光稳定作用,说明甘油锌与受阻胺 Tinuvin770复配具有正协同效应,当二者的配比达到2∶3时对PVC的光稳定效果最佳。从图4可以看到,4#样品在500 W紫外灯箱中加速老化50 h后,试样的色差最小,这表明4#样品的光稳定效果最佳。

图3 不同光稳定剂对PVC紫外光照射后力学性能的影响Fig.3 Effect of light stabilizer type on the mechanical property of PVC after aging

图4 不同光稳定剂对PVC紫外光老化后色差的影响Fig.4 Effect of light stabilizer type on the chromatic aberrations of PVC after aging

3 结论

(1)甘油锌对PVC的光稳定作用随着甘油锌含量的增加而增强,当甘油锌含量达到0.5%时,光稳定作用趋于稳定;

(2)甘油锌与受阻胺 Tinuvin770复配时,具有正协同效应,当二者的配比达到2∶3时,对 PVC的光稳定效果最佳。

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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

湖南省科技厅计划研究项目(2010FJ3098)

＊联系人,shxjbill@163.com