硬脂酸鋅的催化合成及其對PVC熱解性能的影響研究.pdf

1、硬脂酸鋅是一種良好的聚氯乙烯（PVC）熱穩(wěn)定劑，應用十分廣泛。本研究以硬脂酸和氧化鋅為原料，以雙氧水作催化劑，在水溶液中一步催化合成硬脂酸鋅。此工藝在較低溫度及常壓下進行，設備簡單，無副反應、無污染，不僅具有環(huán)保上的優(yōu)勢和工藝上的創(chuàng)新性，而且具有經(jīng)濟上的可行性。主要從以下幾個方面對硬脂酸鋅的催化合成及其對PVC熱解性能的影響進行了研究： （1）通過單因素實驗和正交實驗初步確定了硬脂酸鋅催化合成的較佳工藝條件。實驗結(jié)果表明，各因素

2、對產(chǎn)物游離酸含量的影響由大到小的順序為：反應溫度、反應時間、液固比、催化劑加入量；初步確定催化合成的較佳工藝條件為：反應溫度80℃，反應時間60min，液固比7，催化劑加入量2.5％。在此工藝條件下硬脂酸鋅產(chǎn)物的游離酸含量、鋅含量及熔點分別為0.43％、11.24％和124℃，均達到了優(yōu)等品標準。 （2）運用一次回歸正交設計和快速登高尋優(yōu)技術(shù)建立了硬脂酸鋅催化合成工藝的數(shù)學模型，對硬脂酸鋅催化合成工藝進行了優(yōu)化設計。根據(jù)一次回歸

3、正交實驗結(jié)果，建立了實驗指標（產(chǎn)物硬脂酸鋅的游離酸含量）與實驗因素之間的一次回歸方程，確定各因素和交互作用對實驗指標影響的主次順序為：反應時間、反應溫度和反應時間的交互作用；液固比；反應溫度、反應時間與液固比的交互作用；反應溫度與液固比的交互作用。 方差分析結(jié)果表明，反應時間、液固比以及反應溫度與反應時間的交互作用對實驗指標的影響非常顯著，而其他因素及交互作用對實驗指標的影響不顯著。顯著性檢驗及失擬性檢驗結(jié)果表明，一次回歸方程非

4、常顯著，而失擬不顯著，數(shù)學模型與實際情況吻合得很好。 根據(jù)快速登高法優(yōu)化設計實驗的結(jié)果，確定硬脂酸鋅催化合成的最優(yōu)工藝條件為：反應溫度82℃，反應時間80min，液固比8，催化劑加入量2.5％。在此條件下硬脂酸鋅產(chǎn)物的游離酸含量為0.22％，遠低于化工行業(yè)標準（HG/T3667-2000）的規(guī)定值。 X-射線衍射分析結(jié)果表明，合成硬脂酸鋅具有部分層狀晶體特性，樣品為硬脂酸鋅，含有少量的氧化鋅。由DSC分析結(jié)果確定樣品的熔

5、點在120.18℃與127.93℃之間，與用顯微熔點儀測定的結(jié)果相吻合。 （3）利用剛果紅試紙法研究了復合PVC（摻入合成硬脂酸鋅的PVC）樣品的熱穩(wěn)定性，考察了硬脂酸鋅加入量、油浴溫度、硬脂酸鋅與硬脂酸鈣配比對復合PVC熱穩(wěn)定時間的影響。結(jié)果表明，硬脂酸鋅對PVC具有明顯的熱穩(wěn)定作用。隨著硬脂酸鋅加入量的增大，復合PVC樣品的熱穩(wěn)定時間逐漸延長，對PVC顏色變化的抑制能力也相應增強；但當硬脂酸鋅加入量過大時，對PVC顏色變化初

6、期的抑制能力反而減退。隨著油浴溫度的升高，純PVC及復合PVC樣品的熱穩(wěn)定時間均逐漸減小，復合PVC樣品（硬脂酸鋅加入量2％）的熱穩(wěn)定時間比純PVC的熱穩(wěn)定時間高200％以上。硬脂酸鋅與硬脂酸鈣配比對PVC熱穩(wěn)定時間具有顯著影響；當其配比為3：7時，PVC的熱穩(wěn)定時間最長。 （4）采用熱分解動力學研究方法對硬脂酸鋅、純PVC及復合PVC樣品的熱分解過程進行了初步研究。硬脂酸鋅樣品的失重率為76.57％，樣品中游離酸含量很少。硬脂

7、酸鋅分解產(chǎn)物大部分是氣體狀態(tài)的二氧化碳、烷烴、酮等，殘余物可能是氧化鋅和碳酸鋅等。樣品在431.44℃時分解速率最大，在380～430℃之間熱分解反應的活化能約為126.6kJ/mol，反應級數(shù)約為0。 純PVC樣品的熱分解可分為20～200℃、200～370℃、370～500℃三個階段。樣品失重率為92.47％，熱分解溫度T1％為70.9℃，T2％為176.3℃。樣品在281.50℃時分解速率最大，在210～280℃范圍內(nèi)熱分

8、解反應的活化能約為137.6kJ/mol，反應級數(shù)約為1。 復合PVC樣品的熱分解可分為20～200℃、200～350℃、350～550℃三個階段。硬脂酸鋅對PVC的初期熱降解有抑制作用。樣品失重率為80.21％，比純PVC樣品低12.26％。熱分解溫度T1％為190.9℃，比純PVC樣品熱分解的T1％和T2％分別高120℃和14℃，表明復合PVC樣品的熱穩(wěn)定性得到顯著提高。 復合PVC樣品的最大分解速率比純PVC樣品減