新型全波段紫外吸收剂的合成及其对PVC紫外老化性能的影响

This project aims to develop PVC materials with excellent anti-ultraviolet aging performance in order to solve the chlorine balance problem in sailine lake chemical industry. The basic scientific problems and key technologies about ultraviolet (UV) aging of PVC are extensively investigated to improve UV aging resistance of PVC so that it can be applied for a long time in the strong ultraviolet irradiation in the western plateau regions. The dicarboxylic acids with special structure are chosen or synthesized by ourselves, then polybenzimidazoles with different structure and molecular weight are synthesized by condensation between the dicarboxylic acids and 3,3-diaminobenzidine. The relationship between chemical structure and optical absorbance for polybenzimidazoles is explored. The PVC/PBI films are prepared by solvent casting, and their miscibility and morphology are studied. Besides, the aging behaviors of PVC/PBI films under ultraviolet irradiation are extensively investigated. The present research is helpful to solve the key problems about UV-aging of PVC, which is very important for large scale application of PVC in the western plateau regions, and provides an effective way to solve the chlorine balance of Qinghai saline lake chemical industry. The research content and results are of critical important for developing other polymer materials with high UV resistance.

青海盐湖化工中的氯平衡问题已成为制约盐湖化工可持续发展的瓶颈，开发聚氯乙烯（PVC）是解决这一问题的有效途径。但高昂的运输成本使青海的PVC很难进入内地，因此，就地利用是最佳选择。然而，西部地区日照时间长、紫外辐射强，普通PVC无法满足室外使用要求，急需研制抗强紫外辐照的PVC。本课题针对PVC合成一种新型的全波段紫外吸收剂聚苯并咪唑（PBI），该吸收剂能够屏蔽几乎所有波长的紫外线，可大幅提高PVC的抗紫外老化性能。通过分子设计和反应条件控制，合成一系列不同结构的PBI，系统研究其结构与吸光性能之间的关系；探明PBI的结构参数对PVC与PBI之间相溶性的影响；将PBI直接或与其它紫外吸收剂复配后加入到PVC中，考察PBI的结构参数对PVC紫外老化行为的影响。本课题以解决盐湖化工中的氯平衡为出发点，对PVC紫外老化的基础问题和关键技术开展研究，为PVC在强紫外辐照地区的大规模应用奠定基础。

察尔汗盐湖是一种氯化物型矿床，随着盐湖中镁、锂等金属元素的大规模开发利用，氯平衡问题日益突出（即副产大量氯气），并逐渐成为制约盐湖工业可持续发展的主要瓶颈。解决好盐湖资源开发中的氯平衡问题，对于柴达木循环经济试验区建设具有重大的现实意义和示范效应。解决氯平衡问题，就是要将副产的大量氯气，转变成其它具有实用价值的产品。聚氯乙烯（PVC）是目前国际上最主要的大宗耗氯产品（PVC中氯元素的含量约为56.8%），因此，开发PVC相关产品是目前解决青海盐湖氯平衡问题最为有效的途径。. 我们在研究燃料电池质子交换膜的过程中，合成了各种不同结构的聚苯并咪唑，发现它们能够完全屏蔽紫外线，在整个紫外波段区域，紫外线的透过率几乎为零。探明这一新型紫外吸收剂对PVC紫外老化行为的影响，并开展相关的基础研究，意义重大。. 本项目制备了一系列不同结构的聚苯并咪唑及其共聚物，研究了PBI结构与其吸光性能之间的关系；系统研究了PBI与PVC之间的相溶性，探明PBI的结构参数对PVC/PBI共混物相溶性及形态结构的影响；对PVC/PBI共混膜进行加速紫外老化，考察老化过程中PVC的表面性质、力学性能、热性能、分子结构及分子量的变化情况，探明PBI的结构参数和用量对PVC紫外老化行为的影响。在此基础上，将PBI与传统的无机紫外吸收剂TiO2、ZnO等进行复配，研究复配对PVC紫外老化性能的影响。. 研究结果表明，合成的PBI在200-400纳米的紫外区吸收率接近100%，对紫外线具有完全吸收能力。PBI含量为5%的PVC复合薄膜在200-400纳米的紫外区，吸光度大于90%。与商业化的紫外吸收及UV326和UV9相比，PBI具有更好的紫外防护效果。PBI与无机紫外吸收剂复配，能产生协同效应，进一步提高PVC的抗紫外老化性能。本项目研究可以为开发新型高效的紫外吸收剂提供借鉴，对高性能PVC复合材料的制备具有指导意义。