N-烃基马来酰胺酸根稀土配合物的设计与制备及对PVC的热稳定作用研究

我国聚氯乙烯(PVC)产能、产量世界第一，长期使用铅盐热稳定剂，影响行业国际形象，研制绿色环保热稳定剂意义重大。本项目依据PVC热降解机理的最新研究成果，设计、合成有机酸根(具有反应、增容功能)-稀土离子(被氯配位功能)配合物热稳定剂-N-烃基马来酰胺酸根稀土配合物。研究合成方法与技术，表征结构与性能；系统研究配合物结构与性能对PVC热稳定作用的影响，通过红外光谱在线检测技术、不同气氛下的TGA技术等研究稀土配合物对PVC的热稳定机理；研究配合物对PVC结构与性能特别是聚集态结构、力学性能和加工性能的影响，实现PVC加工性能与力学性能的同步改善；采用多目标优化数学模型对基于目标配合物的复合热稳定剂配方体系进行优化设计，提高性价比。是高分子材料科学、稀土配位化学与无机合成化学的交叉研究领域，对PVC加工助剂、PVC高性能化及稀土功能配合物的发展具有重要意义，在PVC行业应用推广前景广阔。

我国是世界上聚氯乙烯（PVC）第一生产和应用大国，截至2014年底，产能、产量分别达到2631万吨和1629.6万吨。PVC因其综合性能优良而得到广泛应用。但也由于PVC化学结构存在缺陷，而导致PVC热稳定性差，成型加工必须加入热稳定剂，使热稳定剂成为PVC加工必不可少的助剂。实现21世纪PVC行业健康稳定发展的核心问题之一是开发具有性价比优势，无毒、无害的热稳定剂。. 本项目在前期直链脂肪酸稀土、N-苯基马来酰胺酸根合稀土配合物热稳定剂研究的基础上，成功设计、合成、制备了N-烃基马来酰胺酸根合稀土（III）配合物热稳定剂，进而通过与其他助剂的分子组装，发挥协同效应，实现了热稳定剂的高效、绿色和低成本化。主要成果如下：. 1、成功设计、合成了N-直链烷烃（己烷、辛烷、癸烷、十二烷、十四烷、十六烷、十八烷）马来酰胺酸根合稀土（III）配合物，通过元素分析、FTIR、Uv、TGA等手段，确定了其结构；通过刚果红试验、动态滚试法、TGA研究了其对PVC的热稳定效能，筛选出一水.三(N-十六烷基马来酰胺酸根)合镧（III）配合物（酰胺N和羧基O与La(III)形成配位键，镧的配位数为7；为白色粉末，熔点192℃，不溶于水、乙醇、甲醇、丙酮等一般有机溶剂，易溶于DMF和DMSO中）对PVC有最佳热稳定效能；研究了配合物与硬脂酸钙、硬脂酸锌、季戊四醇和有机锡对PVC稳定效能的协同作用，得到高性价比的热稳定剂配方。. 2、系统研究了N-苄基、N-烯丙基马来酰胺酸根合镧（III）配合物的制备、性能及对PVC的热稳定效能和稳定机理；该配合物的加入，大幅度提高了PVC热消除HCl的活化能，N-烃基马来酰胺酸根与PVC在加工过程中生成的共轭二烯烃发生Diels-Alder加成反应，阻隔了共轭链的进一步生成，消除自由基，阻止进一步降解。. 3、成功设计、合成了乙二胺双马来酰胺酸根合镧（III）配合物，研究了结构与性能，其对PVC有良好的热稳定效能,研究了与层状矿物的自组装及对PVC的协同热稳定效能。. 从PVC结构缺陷出发，稀土离子的结构特点与配体的优化配置，构建热稳定剂分子，丰富和发展了稀土功能配合物；丰富了PVC热稳定体系，为PVC高性能、无污染、低成本应用提供基础助剂；对进一步验证和创新热稳定机理理论，有重要价值。