新型增塑剂的合成及在医用PVC制品中的应用

摘要

增塑剂是PVC树脂用量最大的一种助剂，但传统的邻苯二甲酸酯类增塑剂具有一定的安全风险，在国际癌症研究机构(International Agencyfor Research on Cancer)将DEHP列为了可能致癌物质之后，大量针对DEHP增塑剂毒性包括对哺乳动物生殖系统、胚胎、肾脏、心脏、肝脏和肺等的毒性研究都显示，DEHP具有致癌的嫌疑，因此对新型无毒增塑剂的研究与开发迫在眉睫。 本文选用浓硫酸、甲烷磺酸以及负载了甲烷磺酸的活性炭作为催化剂，通过将六氢苯酐与异辛醇进行酯化反应，制得环己烷-1，2-二羧酸二异辛酯(DEHCH)。并考察了该物质增塑PVC的性能，将其与DINCH、TOTM、ATBC以及DEHP进行了增塑性能对比，同时也考察了DEHCH分别与DINCH、TOTM、ATBC互配的增塑性能。得出如下结论: (1)浓硫酸催化合成DEHCH的最佳合成条件为:醇酐摩尔比为2.4∶1，浓硫酸用量是酸酐质量的0.2％，反应温度和反应时间分别是170℃和1.5h，酯化率可达98.39％。 (2)甲烷磺酸催化合成DEHCH的最佳合成条件为:醇酐摩尔比为2.6∶1，甲烷磺酸用量是酸酐质量的0.25％，反应温度和反应时间分别是170℃和2h，酯化率可达97.85％。 (3)以负载甲烷磺酸的颗粒状活性炭为催化剂，合成DEHCH的最佳合成条件为:醇酐摩尔比为2.4∶1，催化剂用量是醇酐总质量的3.5％，反应温度和反应时间分别是160℃和3h，酯化率可达98.25％。 (4)将合成的产物通过有机元素分析、红外光谱、核磁共振以及气相色谱与质谱联用进行了分子结构表征，证明所得产物为目标物质环己烷-1，2-二羧酸二异辛酯，并通过GC-MS分析结果得到，产物中DEHCH的含量为99.18％，其中顺式结构为97.67％。 (5) DEHCH能够有效增塑PVC，并在力学性能、光学性能、挥发性以及耐溶剂抽出性方面，DEHCH有着与其他增塑剂相似的性能，与DINCH、TOTM、ATBC互配后，可以相互弥补各自的不足。DEHCH可以作为替代DEHP的一种环保无毒增塑剂。 (6)将合成的新增塑剂DEHCH应用于PVC加强型气管插管中，所得到的物化性能和毒理性能均符合相关要求。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 聚氯乙烯材料概述

1．1．1 聚氯乙烯在医疗制品中的应用

1．1．2 聚氯乙烯的缺陷

1．2 增塑剂简介

1．2．1 增塑剂定义与分类

1．2．2 增塑机理

1．2．3 增塑剂发展史

1．2．4 增塑剂的生产趋势

1．2．5 已工业化增塑剂

1．3 增塑剂工业面临的挑战

1．3．1 浸出和迁移

1．3．2 低温润滑性

1．3．3 高温柔韧性

1．3．4 对环境和健康的影响及限制政策

1．4 环保无毒增塑剂

1．4．1 柠檬酸酯类增塑剂

1．4．2 环氧类增塑剂

1．4．3 偏苯三酸酯类增塑剂

1．4．4 聚合物增塑剂

1．4．5 环己烷二羧酸酯增塑剂

1．5 本课题的研究目的和意义

1．6 本课题的主要研究内容及创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原料、设备与仪器

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验设备与仪器

2．2 实验方法

2．2．1 固体催化剂的制备

2．2．2 增塑剂合成方法

2．2．3 增塑剂的应用

2．3 表征与测试

2．3．1 酯化率的测定

2．3．2 有机元素分析

2．3．3 红外光谱分析

2．3．4 核磁共振分析

2．3．5 气相色谱与质谱联用分析

2．3．6 力学性能测试

2．3．7 光学性能测试

2．3．8 稳定性测试

第三章 增塑剂的合成

3．1 催化剂的选择

3．2 浓硫酸催化体系

3．2．1 反应时间与温度对酯化率的影响

3．2．2 催化剂用量对酯化率的影响

3．2．3 醇酐摩尔比对酯化率的影响

3．2．4 重复实验

3．3 甲烷磺酸催化体系

3．3．1 反应时间与温度对酯化率的影响

3．3．2 催化剂添加量对酯化率的影响

3．3．3 醇酐摩尔比对酯化率的影响

3．3．4 重复实验

3．4 活性炭负载甲烷磺酸催化体系

3．4．1 催化剂的红外表征

3．4．2 活性炭形态对酯化率的影响

3．4．3 反应时间与温度对酯化率的影响

3．4．4 催化剂用量对酯化率的影响

3．4．5 酵酐摩尔比对酯化率的影响

3．4．6 重复实验

3．5 增塑剂的结构表征

3．5．1 有机元素分析

3．5．2 红外光谱分析

3．5．3 核磁共振分析

3．5．4 气相色谱与质谱联用分析

3．6 增塑剂的性能检测

第四章 增塑剂的应用

4．1 DEHCH含量对PVC性能的影响

4．1．1 力学性能

4．1．2 光学性能

4．1．3 稳定性能

4．2 增塑性能对比

4．2．1 力学性能

4．2．2 光学性能

4．2．3 稳定性能

4．3 DEHCH与DINCH、ESO复配体系

4．3．1 力学性能

4．3．2 光学性能

4．3．3 稳定性能

4．4 DEHCH与TOTM、ESO复配体系

4．4．1 力学性能

4．4．2 光学性能

4．4．3 稳定性能

4．5 DEHCH与ATBC、ESO复配体系

4．5．1 力学性能

4．5．2 光学性能

4．5．3 稳定性能

第五章 新增塑剂在医用制品中的应用

5．1 物化性能

5．2 毒理性能

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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