稀土稳定剂的作用机理及现状的可行性研究

第一节 稀土稳定剂的定义

稀土稳定剂（XT－1、XT－2、XT－3）为PVC新型无毒热稳定剂。（可行性研究）

第二节 稀土稳定剂的作用机理

1、稀土在聚氯乙烯中的作用，用于其在成型过程中，受到了强热和机械剪力的影响，致使聚氯乙烯结构式中的 B — 碳原子上的氯原子极易和相邻的碳原子上的氢原子结合，放出 HCI 气体，从而产生双键，使相邻的氯原子活化。该氯原子极不稳定，又促使了相邻的碳原子放出 HCI 气体形成多稀链段，使聚合物降解，从而影响了制品的机械强度，使寿命相应缩减。当加入稀土稳定剂后就可以缓慢反应速度，保持化学平衡，降低表面涨力，达到防止光热和氧化作用，使塑料制品中氯的活度降低，结构稳定，质量提高。用离子络合观点来分析，塑料制品采用稀土做稳定剂，由于稀土在塑料中起到净化杂质作用，可促使高分子，聚合提高和分子量增加，从而产生了高分子链结构的主价键，断裂力也此而增大，形成了一中络合物链为主体的牢固地束缚在一起的结晶实体，使产品结构致密，各种性能得到改善，使塑料制品更清晰透明。

2、PVC加工性能的好坏往往根据加工过程中物料的流变性能和流动性能来进行评定。PVC复合物料在高速捏合过程中，因受到捏合机内桨叶、挡板、器壁间的强烈摩擦与剪切作用，温度逐渐上升，PVC微粒子逐渐堆集为较大的颗粒，而较大颗粒又被剪切破碎为较小的颗粒，并和其它颗粒结合在一起，使平均粒度增大。当温度达到120℃左右时，物料颗粒逐渐变大而均匀，小颗粒几乎完全消失，物料颗粒产生凝胶化，使物料更均匀密实，有利于挤出塑化。

3、PVC粉料任何破碎细化的过程都是以有效的力传递为前提的。在稀土稳定剂中，稀土强酸金属离子与PVC强碱氯离子易形成络合物，即稀原子Re和PVC链上的CI原子之间有很强的配位作用。一个稀土离子可能同时与两个PVC链上不稳定CI原子形成配位健，使PVC分子间作用力得到增强，这有利于塑化成形的剪切力的传递，因而促进塑化，增加制品韧性。

4、PVC分子链上存在活化基团，它们在各种因素影响下会发生脱CL降解，降解是一个自动催化的过程，一旦发生HCL降解，材料颜色跟着变深并焦化，在稀土稳定剂中，稀土离子均有许多4fR5d的空电子轨道，它们作为配位中心离子可以接受6—12个配位体的孤电子对，同时它们有较大的离子半径，因而有可能形成6—12个健能不等的配位健。这个特性不仅使稀土元素能与3—4个HCL形成离子健外，还能吸附若干个HCL分子形成健能不等的络合物，即把CL原子吸附在稀土离子周围而不参与催化脱反应，这就有力减少了热降解HCL的浓度，有效降低了HCL的催化反应速度，阻止共轭双键的产生，增加了PVC的热稳定性。另外，稀土阳离子与PVC中的CL离子形成配位体后，使物料体系中各组分能很好地渗透到PVC粒子内，从而提高了物料流动性，相溶性，亦不影响PVC透明度。

5、稀土元素阳离子外围有众多的空轨道来接受配位体的孤电子，而且稀土金属离子有较大的离子半径，某些填料中的氧原子与氯原子相似，亦有几个孤电子对，可与稀土离子形成配位键。镧与氧的亲和力很强，为此CaCO3与PVC的相溶性，可适当增加填料用量。配方中的有机物和无机物能够与稀土离子形成各种各样的配位体或螯合物，增加分子间的作用力，使无机物得到良好的包裹，改善制品性能。也就是说稀土稳定剂对PVC复合材料中各组分有 偶联增容作用。

6、稀土元素具有吸收230-320纳米紫外线的功能。稀土化合物中合适的阳离子基团能起置换PVC大分子上的烯丙基氯原子的作用，这就使稀土稳定剂能提高PVC的耐候性，延缓制品老化过程。

第三节 稀土稳定剂的现状

XT－1型主要用于型材、管材、板材、片材等PVC制品；XT－2管件、扣板、注塑等PVC制品无毒高效透明；XT－3主要用于PVC透明制品,运输带、密封条、人造革、鞋底料、管材、门帘等，三者热稳定性高于铅盐及复合稳定剂，本品价格低廉，是目前最有发展前途的一类稳定剂。

随着科学技术的进步，人们研究有特殊结果的轻稀土化合物作为PVC加工的PVC稳定剂，轻稀土无毒，无味，无放射性，相当于密度小，尤其是它的特殊的原子结构，作为PVC稳定剂具有较大的优越性。从理论上来说，稀土做为PVC稳定剂是较为理想的，但大量的试验证明：纯稀土化合物具有优良的长期稳定性，但初期着色性差，不能单独作为主稳定剂使用，要作为完全无铅化产品以满足PVC制品的实际加工需要，还须配合其他优良助剂才能使用，但成本过高。目前用于PVC门窗框材的稀土稳定剂，是该领域的主流产品，但通过用性不强，推广应受到一定限制，稀土稳定剂作为通用PVC稳定剂使用时须配合少量有协同功效的助剂才能达到降低成本，扩大适用面的目的，并提高稀土PVC稳定剂的环保水平。

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