[發明專利]有機-無機復合光熱穩定劑及由其制備的聚氯乙烯與制備方法

有效

• 申請號: 200910167709.X
• 申請日: 2009-09-22
• 公開（公告）號: CN101659759A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 郭少云;張曉飛;皮紅;趙天寶;陳躍
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08K13/06
• 分類號: C08K13/06;C08K5/42;C08K3/34;C08K5/3435;C08L27/06;C08K3/32;C08K3/30
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司
• 代理人: 呂建平

技術領域

本發明涉及聚合物技術領域，更具體地說是涉及用于聚氯乙烯的光熱穩定劑，以及關于光熱穩定劑的制備方法和應用。

技術背景

聚氯乙烯(PVC)材料在紫外光照射下很容易發生光降解，從而導致其物理化學特性發生改變，如顏色變深，材質變脆及表面粉化等，最終失去使用價值。聚合物材料抗紫外老化的常規方法是向材料本體中添加一定含量的有機紫外光穩定劑，如水楊酸苯酯、鄰羥基二苯甲酮、鄰羥基并三唑和三嗪類等。這些光穩定劑雖對聚合物有一定的防護效果，但對紫外光的吸收度仍不理想。且分子量小，易溶于水，易遷移，在戶外長期使用時，會因表面揮發，以及被雨水等液體抽提而逐漸流失，造成其在材料中的光穩定效率大大降低。尋找研制具有更好光穩定效果的新型光穩定劑仍是該領域研究的熱點。

2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮(2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone-5-sulfonic?acid，簡稱BP-4)是一種陰離子型二苯甲酮類光穩定劑，在紫外光波段內，較水楊酸苯酯等具有更強的吸收作用。但其穩定性較差，在加熱到140℃左右時，這種穩定劑會變為棕褐色液體，加熱到190℃時，其熱失重已達到40％。當與PVC及其他助劑混合后在180℃加工時，PVC瞬間變色，發生降解。因此，BP-4目前主要用于對熱性能要求不高的防曬膏、霜、蜜、乳液、油等防曬化妝品中。若想將BP-4作為聚氯乙烯的紫外光穩定劑，首先必須解決其熱穩定性問題。

水滑石(Layered?Double?Hydroxides，簡寫為LDH)是一類重要的陰離子型層狀化合物，控制一定條件可將新的陰離子通過離子交換手段插入層間置換原有的陰離子，從而使結構和組成發生相應的變化。

利用水滑石這種結構和組成的可調節性，可制備新型的光穩定劑。如段雪等人將5-苯并三唑-4-羥基-3-異丁基-苯磺酸的陰離子插入到用成核/晶化隔離法，以全返混爆發式瞬間成核技術合成的水滑石前軀體(制備方法見CN99119385.7)層間，制備了插層結構紫外光穩定劑。該穩定劑對280-370nm波段的紫外光吸收率大于90％，且有良好的熱穩定性。可用于聚丙烯、聚碳酸酯，丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物以及聚氨酯等材料的光防護。He等人(Journal?of?Chemistry?of?Solids，2004，65，395-402)將2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮(BP-4)插入由共沉淀法合成的水滑石前軀體，制得了水滑石/BP-4插層化合物，有效地解決了BP-4與皮膚直接接觸的毒性問題，但關于該化合物其它方面的性能以及應用未見報道。上述方法的共同點是都需采用經特殊方法制備的水滑石前軀體，復雜的制備工藝，進一步提升的使用成本都極大地阻礙了這類光穩定劑在工業上的實際應用和推廣發展。

此外，水滑石是無機材料，與聚氯乙烯的相容性很差，直接將其應用于這類聚合物材料，會出現因相分離導致聚合物材料的力學性能下降。

有鑒于此，研究開發出具有更高耐熱性，與有機高分子化合物具有更高相容性，由其制備的聚氯乙烯制品具有更高光穩定性能、力學性能及良好熱加工性能的光熱穩定劑，是所屬領域科技工作者共同面臨課題。

發明內容

本發明的目的是提供一種可操作性強、制備成本低、綜合性能優良的有機-無機復合光熱穩定劑及制備方法，同時將其應用于聚氯乙烯制品，以期解決有機小分子光穩定劑的易遷移性、耐抽提性差、易揮發以及與有機基材相容性差、光穩定效率不高、熱穩定性差等問題，大幅度提高制品的抗紫外老化性能及熱加工穩定性能。

本發明的思想，首先利用水滑石層間離子的可交換性，通過全新的制備方法，將2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮陰離子(BP-4)直接插入到水滑石層間，制得一種有機-無機復合物，使其同時兼具兩種物質的優良性能，一方面具有高的光防護效率，另一方面具有低的遷移速率和長期穩定性。第二步是將所制得的復合物進行特殊處理，以提高其耐熱性及與有機高分子化合物的相容性，以滿足聚氯乙烯制品更高光穩定性能、力學性能，及良好熱加工性能的要求，同時降低制備和使用成本。

實現本發明上述目的的具體技術方案如下：

用于聚氯乙烯(PVC)的有機-無機復合光熱穩定劑，其原料組成主要含有2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮(BP-4)、水滑石(LDH)、偶聯劑及自由基捕捉劑，其中水滑石與2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮的重量含量比為0.5～10，偶聯劑及自由基捕捉劑的重量含量分別為滑石與2-羥基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮總重量的0.2％-5％和0.5％-10％。