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稀土热稳定剂

更新时间:2015-06-15  作者:carsonwang

稀土热稳定剂
热稳定剂种类繁多,牌号上千,一般按其化学组成可分为铅盐类、金属皂类、复合型稳定剂、有机锡(锑)类、稀土类(中国独有)有机稳定助剂等。
   稀土类热稳定剂是利用中国特有的资源优势正蓬勃发展的热稳定剂的后起之秀。控制游离氯元素,虽然稀土热稳定剂作用机理尚待进一步研究,但其表现出的优异的热稳定性、耐光、耐候性、透明性、无毒、兼具偶联、增韧、增艳、改善加工性能、价格与性能比适中,储存稳定性等逐渐被加工单位所共识,是目前及今后发展重点之一。
一、     主要成分
 化学元素周期表中镧系元素及与之密切相关的两个元素共17 种元素, 称为稀元素, 简称稀土(RE 或R) 。根据稀土元素电子结构和物理化学性质, 以及它们在矿物中共生况和不同的离子半径具有不同的性质, 17 种稀元素通常分为二组:
    轻稀土(又称铈组) :镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕;
    重稀土(又称钇组) :铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥。
  稀土元素镧、铈的离子本身无毒、无色。通过选择适当的无毒有机组份可以做成无毒、高透明、高热稳定效率、耐候性优良的热稳定剂。稀土原子具有未充满的电子层结构, 由此而产生多种多样的电子能级。稀土离子能与羟基、偶氮基或磺酸基等形成结合物。稀土具有类似微量元素的性质。稀土的金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素, 而比其他金属元素活泼。在17 个稀土元素当中,按金属的活泼次序排列,由钪、钇、镧递增, 由镧到镥递减, 即镧元素最活泼。稀土元素能形成稳定的氧化物、卤化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氢、碳、磷发生反应, 易溶于盐酸、硫酸和硝酸中。稀土易和氧、硫、铅等元素化合生成熔点高的化合物。
  稀土稳定剂的主要成分是镧元素和铈元素的有机或无机盐类。其主要品种是硬脂酸稀土盐以及稀土盐和铅盐复合型稳定剂。
稀土复合稳定剂由稀土元素的羧酸盐或脂肪酸盐为主要组分而合成。它含有适量的稀土金属成份。它不但可以取代铅镉盐类和有机锡类等有毒稳定剂,而且具有相当好的热稳定性、光稳定性和透明性及着色力,外观呈白色或淡黄色粉末状、片状、液体
二、    优点
l  促进熔融作用
l  加工性能好
l  独特的偶联、增容、内增塑、增韧作用
l  优良的透明性,独特的增艳功能,优异的耐候性能
l  优异的电绝缘性能
l  无毒、安全卫生等
l  由于稀土原子具有吸收紫外线,放出可见光的特性,进一步减少了紫外线对树脂分子的破坏,能改善制品的户外老化性能
l  PVC塑料门窗异型材用的稀土复合稳定剂可以做到无毒,无味,无放射性,热光稳定性优于传统的稳定剂,兼具偶联增韧剂改善加工性等功能,应用稀土稳定剂可以降低PVC型材的综合成本,有较高的性能/价格比;但应强调的是,稀土复合稳定剂合成技术的不同,产品中的阴阳离子,协效剂的种类,配比选择不同,其最终产品的性能不同,应此使用过程中因给予充分注意。目前市售稀土复合稳定剂在应用中存在普遍的问题是:相对铅系PVC稳定剂易析出,未能实现完全无铅化。
三、硬脂酸稀土盐生产工艺
目前硬脂酸稀土盐的生产方法有三种。
1.   复分解法
复分解法是最早应用于硬脂酸稀土的合成工艺,该工艺分两步进行: 先将脂肪酸与烧碱进行皂化反应制得稀钠皂液, 再将皂化液与氯化稀土溶液反应制得稀土稳定剂。 工业上合成金属硬脂酸盐主要采用复分解法工艺, 复分解法的反应在水介质中进行, 具有反应条件温和、产品色泽好的优点。但是, 由于钠皂胶化能大、溶解度小、溶液黏稠, 易与硬脂酸结合生成酸性皂, 也易被盐析, 要获得纯的金属硬脂酸盐产品, 反应必须在相当稀释的条件下以缓慢的速度进行, 由于第一步反应进行缓慢, 需要很长的时间,这就给整个反应带来很大的限制。
2.   直接(皂化) 法
主要反应为金属氢氧化物与硬脂酸的皂化反应,因此又可称之为“皂化法工艺”。新工艺首先将化学计量比的硬脂酸、氯化稀土溶液、烧碱溶液和适量水混合搅拌加热进行第一阶段反应, 再缓慢加入余量烧碱溶液进行第二阶段反应。
具体实施例如下:在100L 带搅拌的反应器中加水30L , 开动搅拌投入45 %氯化稀土溶液6. 92kg、50 %碱溶液2. 39kg、硬脂酸10. 00kg , 加热升温至65 ℃后在此温度下保温反应15min , 然后再在15min 内徐徐加入50 %烧碱溶液0. 60kg 继续反应10min。反应完毕, 将生成物用水涤洗,然后用离心机脱水, 滤饼经干燥、粉碎即得硬脂酸稀土产品。该法的皂化及复分解两步反应是同时进行的,稀土氢氧化物与脂肪酸的酸碱中和反应速度快, 产品纯度高,不需要大量溶剂,有效克服了传统复分解法的反应时间长、溶剂消耗量大、工艺复杂及产品得率与纯度低等缺点,优化了合成工艺,降低了生产成本,提高了产品质量。
在本法中也可以用硝酸稀土代替氟化稀土。其制法如下:称取定量的氧化稀土倒入锥形瓶中, 加入适量的硝酸溶液, 置于通风橱中缓缓加热, 氧化稀土逐渐溶解, 至溶液澄清为止, 然后用蒸馏水稀释至指定浓度, 即得硝酸稀土溶液。取一干净三口烧瓶, 先加入一定量硬脂酸和适量作溶剂的乙醇, 放入超级恒温器中, 装好电动搅拌器和滴液漏斗, 加热至指定温度后开动搅拌,使硬脂酸完全溶解。接着, 加入指定浓度的硝酸稀土溶液, 待搅拌均匀后从滴液漏斗缓慢加入适量的氢氧化钠溶液, 然后保温到规定时间,趁热过滤,再经烘干、称重、研磨得产品。
3.        熔融法  
熔融法是在催化剂存在下,加热并搅拌脂肪酸与稀土氧化物的混合物,即可一步合成产品。其中选用合适的催化剂是反应顺利与否的关键。对该类反应而言,低级酸和过氧化物是较好的催化剂。该反应所需要的试剂种类少, 产品成本低;所需设备简单, 工艺流程短且紧凑,所占空间小,并不需要特别的厂房,易于生产和操作,劳动强度较小; 产品不需要后处理,“三废”和能耗小。熔融法研究无论从理论角度还是从实际应用角度来看具有科学意义和实用价值。
其实例如下:将定量的异辛酯和苯酐以l ∶l 的物质的量比放入三颈瓶中,搅拌升温至135 ℃, 待反应物变成浅黄清亮的液体后,恒温反应30min ,即生成了邻苯二甲酸单异辛酯。经洗涤、蒸馏得纯产品, 收率为95 %。在不断搅拌的条件下,向上述制得的邻苯二甲酸单异辛酯稀土中,加入其他热稳定剂即可制得液态稀土复合热稳定剂。
四、           产品用途
型号 用途 优点
XT-1 型材、管材、板材、片材等PVC制品; 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。
 
XT-2 管件、扣板、注塑等PVC制品无毒高效透明;
XT-3 PVC透明制品,运输带、密封条、人造革、鞋底料、管材、门帘等;
五、           用量及保存
1.   XT-1、XT-2、XT-3型号稀土稳定剂为25公斤纸袋或编织袋包装,本品属非危险品运输,防日晒雨淋,阴凉通风处存放,保持期一年或更长。
2.   推荐用量:1-6份。
稀土复合稳定剂的图片如下:


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