PVC基紫外线吸收剂的合成及其对PVC抗紫外光老化性能研究

摘要

聚氯乙烯（PVC）作为五大通用树脂之一，因具备耐磨损、耐腐蚀、强度高、绝缘性能好、阻燃性能好、易加工改性且价格低廉等特点，在日常生活中有着十分普遍的应用。然而，聚氯乙烯的稳定性也较差，尤其在阳光下长时间暴露时，在紫外线的作用下，聚氯乙烯会发生不同程度的降解，产生光老化现象，造成各方面性能下降、资源浪费和环境污染等问题。2，4-二羟基二苯甲酮作为一种紫外光吸收剂，可以有效防御聚氯乙烯的光老化现象。然而，身为一种小分子紫外线吸收剂，在使用过程中不可避免地会出现挥发、迁移等现象，使其光稳定效果不能长久性发挥。因此，对于2，4-二羟基二苯甲酮小分子紫外光吸收剂进行化学改性，提高其在聚氯乙烯中的服役时间具有重要意义。
　　本论文首先利用点击反应制备出了PVC基紫外线吸收剂PUH并进行了元素分析、核磁、红外和紫外测试。然后通过铺膜的方法制备出PVC/PUH薄膜并进行人工条件下的加速光老化试验，经过黄色指数、质量损失率和力学性能测试来研究聚氯乙烯宏观光老化现象和接枝率、添加量的影响。最后采用紫外、红外、热重、GPC和XPS的表征手段对聚氯乙烯在光老化过程中的微观结构进行分析，探究PVC基紫外线吸收剂PUH对聚氯乙烯光老化过程产生的影响。得出了以下结论：
　　1.首先利用NaN3取代PVC中的氯原子引入叠氮基团，然后在2,4-二羟基二苯甲酮的4号位的羟基上接入炔基，最后通过点击反应将炔基与叠氮基团键合成功制备出了接枝率分别为3.5％、9.6%和29.9%的P VC基紫外线吸收剂PUH。
　　2.黄色指数、质量损失率和力学性能的实验结果表明，PUH可以在一定程度上降低材料的黄色指数和质量损失率，提高材料的力学性能。与小分子紫外线吸收剂UV-531相比， PUH的耐久性得到了显著提升。PUH的最适宜添加量和接枝率分别为0.4份和9.6%。
　　3.紫外结果表明加入PVC基紫外线吸收剂P UH，可以抑制不同长度的共轭双键的生成，以n=2-3时的抑制效果明显。羰基指数和交联指数的变化表明PUH能够抑制氧化反应的进行且PUH具有一定的捕捉自由基的功能。相比于纯P VC, TG分析表明P UH可以在一定程度上提高材料的热稳定性。PUH能够减少链断裂反应，因此减少了数均分子量、重均分子量的下降程度以及分子量分布的上升程度。XPS的结果也证明了P UH可以导致氧化反应的降低和交联反应小幅度的增加。
　　4.通过与普遍使用的UV-531小分子型紫外线吸收剂对比，PUH的光稳定效果得到了进一步提升。根本原因在于将紫外线吸收剂连接在PVC分子链段上之后，减少了小分子型紫外线吸收剂本身由于挥发和迁移而造成的耗损，紫外线吸收剂的使用寿命的到了显著提高，因此对光降解的抵抗能力更持久。
　　聚氯乙烯（PVC）作为五大通用树脂之一，因具备耐磨损、耐腐蚀、强度高、绝缘性能好、阻燃性能好、易加工改性且价格低廉等特点，在日常生活中有着十分普遍的应用。然而，聚氯乙烯的稳定性也较差，尤其在阳光下长时间暴露时，在紫外线的作用下，聚氯乙烯会发生不同程度的降解，产生光老化现象，造成各方面性能下降、资源浪费和环境污染等问题。2，4-二羟基二苯甲酮作为一种紫外光吸收剂，可以有效防御聚氯乙烯的光老化现象。然而，身为一种小分子紫外线吸收剂，在使用过程中不可避免地会出现挥发、迁移等现象，使其光稳定效果不能长久性发挥。因此，对于2，4-二羟基二苯甲酮小分子紫外光吸收剂进行化学改性，提高其在聚氯乙烯中的服役时间具有重要意义。
　　本论文首先利用点击反应制备出了PVC基紫外线吸收剂PUH并进行了元素分析、核磁、红外和紫外测试。然后通过铺膜的方法制备出PVC/PUH薄膜并进行人工条件下的加速光老化试验，经过黄色指数、质量损失率和力学性能测试来研究聚氯乙烯宏观光老化现象和接枝率、添加量的影响。最后采用紫外、红外、热重、GPC和XPS的表征手段对聚氯乙烯在光老化过程中的微观结构进行分析，探究PVC基紫外线吸收剂PUH对聚氯乙烯光老化过程产生的影响。得出了以下结论：
　　1.首先利用NaN3取代PVC中的氯原子引入叠氮基团，然后在2,4-二羟基二苯甲酮的4号位的羟基上接入炔基，最后通过点击反应将炔基与叠氮基团键合成功制备出了接枝率分别为3.5%、9.6%和29.9%的P VC基紫外线吸收剂PUH。
　　2.黄色指数、质量损失率和力学性能的实验结果表明，PUH可以在一定程度上降低材料的黄色指数和质量损失率，提高材料的力学性能。与小分子紫外线吸收剂UV-531相比， PUH的耐久性得到了显著提升。PUH的最适宜添加量和接枝率分别为0.4份和9.6%。
　　3.紫外结果表明加入PVC基紫外线吸收剂P UH，可以抑制不同长度的共轭双键的生成，以n=2-3时的抑制效果明显。羰基指数和交联指数的变化表明PUH能够抑制氧化反应的进行且PUH具有一定的捕捉自由基的功能。相比于纯P VC, TG分析表明P UH可以在一定程度上提高材料的热稳定性。PUH能够减少链断裂反应，因此减少了数均分子量、重均分子量的下降程度以及分子量分布的上升程度。XPS的结果也证明了P UH可以导致氧化反应的降低和交联反应小幅度的增加。
　　4.通过与普遍使用的UV-531小分子型紫外线吸收剂对比，PUH的光稳定效果得到了进一步提升。根本原因在于将紫外线吸收剂连接在PVC分子链段上之后，减少了小分子型紫外线吸收剂本身由于挥发和迁移而造成的耗损，紫外线吸收剂的使用寿命的到了显著提高，因此对光降解的抵抗能力更持久。

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第一章 文献综述

1. 1 前言

1. 2 聚氯乙烯的光老化及机理

1. 3 光稳定剂及作用机理

1.4 PVC的亲核改性

1. 5 课题研究意义及内容

第二章 PVC基紫外线吸收剂(PUH)的制备及表征

2. 1 主要原料及试剂

2. 2 实验仪器设备

2. 3 制备及表征方法

2. 4 结果与讨论

2. 5 本章小结

第三章 PVC基紫外线吸收剂(PUH)的添加量和接枝率对PVC光老化性能的影响

3. 1 主要原料及试剂

3. 2 实验仪器设备

3. 3 材料制备及表征方法

3. 4 结果与讨论

3. 5 本章小结

第四章 PVC基紫外线吸收剂(PUH)紫外光稳定性构效关系研究

4. 1 主要原料及试剂

4. 2 实验仪器设备

4. 3 表征方法

4. 4 结果与讨论

4.5 PVC基紫外线吸收剂(PUH)作用机理讨论

4. 6 本章小结

第五章 结论与展望

5. 1 结论

5. 2 展望

参考文献

致谢

作 者 简 介

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