PVC/磷石膏微粉共混物加工稳定性研究

摘要

磷石膏是磷化工企业生产磷酸过程中产生的副产物，因其呈酸性、含有杂质等缺陷严重影响制品性能，极大限制了其应用。在中国，磷石膏的利用率很低，主要以堆存为主，污染环境且存在安全隐患。 磷石膏经中和陈化、煅烧、研磨工艺加工后可形成磷石膏微粉(半水硫酸钙)(PG)，PG的粒度可由研磨工艺控制。PG取代碳酸钙(CaCO3)在聚合物中的大量、广泛应用是拓宽磷石膏应用领域、落实“以渣定产”方案的重要途径之一。PG可替代CaCO3用作PVC制品的填料，贵州开磷磷石膏有限公司建设了50万m2/年PVC石塑板和40万m2/年PVC发泡板两条生产线，进行工业化生产性研究。研究发现，加工稳定性差是制约PVC/PG共混物材料产业化的关键问题。为此，本论文用PG代替PVC/CaCO3共混物中的CaCO3，探讨了PVC/PG共混物的加工稳定性比PVC/CaCO3共混物的加工稳定性差的原因，进而研究了PVC/PG共混物不同的热稳定剂种类并选取最佳热稳定剂，然后研究了PG和最佳热稳定剂的用量。具体研究内容如下： 首先，通过PG成分分析、热性能(TG-DSC)分析以及PVC/PG、PVC/CaCO3共混物静态稳定性(TG-DSC、刚果红法)、动态稳定性（转矩流变仪）等分析与检测，探讨了PVC/PG共混物与PVC/CaCO3共混物相比，加工稳定性差的原因。结果表明：PG的粒径小于CaCO3的粒径，比表面积大，与PVC基体界面结合能力较强。但是，在PVC的成型温度附近PG释放出结晶水，呈酸性，可诱导PVC均裂产生的氯自由基夺取PG中酸性化合物的氢生成HCl，从而降低了PVC的初始分解温度和稳定性。通过分析测试可得出：PG中的微量结晶水是导致PVC/PG共混物加工稳定性差的主要因素。 其次，采用转矩流变仪制备了PVC/PG共混物，分别以铅盐稳定剂、钙锌稳定剂、有机锡稳定剂以及钙锌-有机锡复合稳定剂作为热稳定剂，对PVC/PG共混物的热稳定性进行探索研究。研究表明：使用钙锌-有机锡复合热稳定剂的PVC/PG共混物在1620cm-1左右的烯烃C=C峰和3610cm-1处的HCl峰的强度最小，其起始分解温度及分解最快时温度略高于铅盐稳定剂，且静态稳定时间与铅盐稳定剂持平，热稳定性达到使用要求。通过系统分析铅盐稳定剂、钙锌稳定剂、有机锡稳定剂以及钙锌-有机锡复合稳定剂对PVC/PG共混物的加工稳定性的效果，得出钙锌-有机锡复合稳定剂的效果较好。 然后，探讨了PG的添加量对PVC/PG共混物加工稳定性的影响。研究发现：随着PG含量的增加，PVC/PG共混物的相容性和分散性变差，起始分解温度、分解最快时温度、静态稳定时间均逐渐下降，且下降幅度越来越大，同时共混物流动性及拉伸性能变差；当PG的添加量为20%时，PVC/PG共混物的加工稳定性能与纯PVC相差较小，同时断裂伸长率提高到3倍左右，达到利用磷石膏的目的。 最后，探讨了钙锌-有机锡复合稳定剂的添加量对PVC/PG共混物加工稳定性的影响。研究发现：随着稳定剂含量的增加，共混物的起始分解温度、分解最快时温度、静态稳定时间、熔体流动速率呈现先增加后下降的趋势，在稳定剂添加量为7份时，共混物加工稳定性及流动性能最好。所以，当PG添加20%、钙锌-有机锡复合稳定剂添加7份时，PVC/PG共混物加工稳定性能最佳。

目录

第一章 绪论

1.1磷石膏概况及应用现状

1.1.1磷石膏概况

1.1.2磷石膏资源综合利用现状

1.1.3 磷石膏在聚合物中应用

1.2 PVC加工稳定性机理及稳定剂种类

1.2.1 PVC简介

1.2.2 PVC不稳定因素

1.2.3 PVC降解机理

1.2.4 PVC稳定机理

1.2.5 PVC常用热稳定剂

1.3 课题研究内容及创新点

1.3.1 目的及意义

1.3.2 研究内容

第二章 实验部分

2.1.1 实验原料及试剂

2.1.2 实验仪器及设备

2.2 试样制备

2.2.1 磷石膏预处理

2.2.2 PVC/PG及PVC/CaCO3共混物制备

2.2.3 PVC/PG共混物稳定剂选择试样制备

2.2.4 PG添加量对PVC/PG共混物加工稳定性影响试样制备

2.2.5 稳定剂添加量对PVC/PG共混物加工稳定性影响试样制备

2.3测试与表征

2.3.1 傅立叶变换红外光谱

2.3.2 扫描电子显微镜及X射线光电子能谱

2.3.3 X射线衍射分析

2.3.4 加工流变性能分析

2.3.5 热性能分析

2.3.6 静态热稳定性测试

2.3.7 力学性能分析

2.3.8 熔体流动速率

第三章 PVC/PG共混物不稳定原因分析

3.1 引言

3.2 PG结构及热性能分析

3.2.1 成分分析

3.2.2 结构分析

3.2.3 热性能分析

3.3 PVC/PG与PVC/CaCO3共混物对比分析

3.3.1 SEM分析

3.3.2 热性能分析

3.3.3 静态稳定性测试分析

3.3.4 流变性能分析

3.4 小结

第四章 PVC/PG共混物热稳定剂选择

4.1 引言

4.2 FTIR分析

4.3 热性能分析

4.4 静态热稳定性分析

4.5 流变性能分析

4.6 小结

第五章 PG含量对PVC/PG共混物加工稳定性影响

5.1 引言

5.2 SEM分析

5.3 热性能分析

5.4 静态热稳定性测试

5.5 流变性能分析

5.6 MFR分析

5.7 力学性能分析

5.8 小结

第六章 稳定剂含量对PVC/PG共混物加工稳定性影响

6.1 引言

6.2 热性能分析

6.3 静态热稳定性测试

6.4 流变性能分析

6.5 MFR分析

6.6 小结

第七章 总结

致谢

参考文献

附录

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