[发明专利]有机-无机复合光热稳定剂及由其制备的聚氯乙烯与制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物技术领域，更具体地说是涉及用于聚氯乙烯的光热稳定剂，以及关于光热稳定剂的制备方法和应用。

技术背景

聚氯乙烯(PVC)材料在紫外光照射下很容易发生光降解，从而导致其物理化学特性发生改变，如颜色变深，材质变脆及表面粉化等，最终失去使用价值。聚合物材料抗紫外老化的常规方法是向材料本体中添加一定含量的有机紫外光稳定剂，如水杨酸苯酯、邻羟基二苯甲酮、邻羟基并三唑和三嗪类等。这些光稳定剂虽对聚合物有一定的防护效果，但对紫外光的吸收度仍不理想。且分子量小，易溶于水，易迁移，在户外长期使用时，会因表面挥发，以及被雨水等液体抽提而逐渐流失，造成其在材料中的光稳定效率大大降低。寻找研制具有更好光稳定效果的新型光稳定剂仍是该领域研究的热点。

2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮(2-hydroxy-4-methoxy-benzophenone-5-sulfonic acid，简称BP-4)是一种阴离子型二苯甲酮类光稳定剂，在紫外光波段内，较水杨酸苯酯等具有更强的吸收作用。但其稳定性较差，在加热到140℃左右时，这种稳定剂会变为棕褐色液体，加热到190℃时，其热失重已达到40％。当与PVC及其他助剂混合后在180℃加工时，PVC瞬间变色，发生降解。因此，BP-4目前主要用于对热性能要求不高的防晒膏、霜、蜜、乳液、油等防晒化妆品中。若想将BP-4作为聚氯乙烯的紫外光稳定剂，首先必须解决其热稳定性问题。

水滑石(Layered Double Hydroxides，简写为LDH)是一类重要的阴离子型层状化合物，控制一定条件可将新的阴离子通过离子交换手段插入层间置换原有的阴离子，从而使结构和组成发生相应的变化。

利用水滑石这种结构和组成的可调节性，可制备新型的光稳定剂。如段雪等人将5-苯并三唑-4-羟基-3-异丁基-苯磺酸的阴离子插入到用成核/晶化隔离法，以全返混爆发式瞬间成核技术合成的水滑石前躯体(制备方法见CN99119385.7)层间，制备了插层结构紫外光稳定剂。该稳定剂对280-370nm波段的紫外光吸收率大于90％，且有良好的热稳定性。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护。He等人(Journal of Chemistry of Solids，2004，65，395-402)将2-羟基-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躯体，制得了水滑石/BP-4插层化合物，有效地解决了BP-4与皮肤直接接触的毒性问题，但关于该化合物其它方面的性能以及应用未见报道。上述方法的共同点是都需采用经特殊方法制备的水滑石前躯体，复杂的制备工艺，进一步提升的使用成本都极大地阻碍了这类光稳定剂在工业上的实际应用和推广发展。

此外，水滑石是无机材料，与聚氯乙烯的相容性很差，直接将其应用于这类聚合物材料，会出现因相分离导致聚合物材料的力学性能下降。

有鉴于此，研究开发出具有更高耐热性，与有机高分子化合物具有更高相容性，由其制备的聚氯乙烯制品具有更高光稳定性能、力学性能及良好热加工性能的光热稳定剂，是所属领域科技工作者共同面临课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种可操作性强、制备成本低、综合性能优良的有机-无机复合光热稳定剂及制备方法，同时将其应用于聚氯乙烯制品，以期解决有机小分子光稳定剂的易迁移性、耐抽提性差、易挥发以及与有机基材相容性差、光稳定效率不高、热稳定性差等问题，大幅度提高制品的抗紫外老化性能及热加工稳定性能。

本发明的思想，首先利用水滑石层间离子的可交换性，通过全新的制备方法，将2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮阴离子(BP-4)直接插入到水滑石层间，制得一种有机-无机复合物，使其同时兼具两种物质的优良性能，一方面具有高的光防护效率，另一方面具有低的迁移速率和长期稳定性。第二步是将所制得的复合物进行特殊处理，以提高其耐热性及与有机高分子化合物的相容性，以满足聚氯乙烯制品更高光稳定性能、力学性能，及良好热加工性能的要求，同时降低制备和使用成本。

实现本发明上述目的的具体技术方案如下：

用于聚氯乙烯(PVC)的有机-无机复合光热稳定剂，其原料组成主要含有2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮(BP-4)、水滑石(LDH)、偶联剂及自由基捕捉剂，其中水滑石与2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮的重量含量比为0.5～10，偶联剂及自由基捕捉剂的重量含量分别为滑石与2-羟基-4-甲氧基-5-磺酸二苯甲酮总重量的0.2％-5％和0.5％-10％。