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PVC稀土热稳定剂的性能特点

  PVC稀土热稳定剂的性能特点
  稀土离子均有许多4f及5d空轨电子能级,他们作为配位中心离子可以接受6~12个电子配位体的孤电子对,同时它们有较大的离子半径,因而有可能形成6~12个键能不等的配位键,及络合键,这个特征使它们具有除了与3个或4个HCL形成离子键以外,亦可以与PVC链上的不稳定氯原子结合。另外,稀土元素的价电子能级与其空电子能级的能极差较小,如6s电子能为6.0(相对值),4f电子能级为6.1,5d电子能级为6.4,因此它们的电子在外力(光、热等)作用下较容易由基态跃迁到比较高的能级,如4f能级或5 d能级空轨道中,处于激发态,然后通过发出荧光,释放能量而回到基态,由此导致稀土热稳定剂具有以下性能特点:
  (1)热稳定功能和透明性。稀土稳定剂的稳定效果优于金属皂类稳定剂,具有良好的耐热性,不受硫的污染,储存稳定。稀土元素可吸收230~320mm的紫外线,紫外线是pvc老化的因素之一,所以,稀土稳定剂具有其他热稳定剂少有的耐候性,适合于窗材等户外制品。稀土离子极可能同时与两个pvc链上的不稳定氯原子成配位键,因而提高pvc分子间作用力,使塑化成型时的剪切力的传递增强,促进了塑化,并增加了制成品的韧性。
  (2)偶联功能。稀土离子是一种不容易极化变形的硬阳离子,与填充剂CaCO3等含氧的金属硬碱中的氧有很强的络合能力,因而能提高PVC中对CaCO3的亲和力,挥挥偶联剂作用,有利于CaCO3与基体树脂的结合,特别对高填充材料,偶联效果更加明显。由于这个特点,使它在加工时显现为具有加工助剂及内润滑的特征,能促进树脂塑化,在制品中显出优异的抗冲改性剂的功效,增加PVC的韧性。这种效应在温度较低时明显,因而抑制了PVC脱TCL降解反应。由于稀土复合稳定剂具有独特的偶联功能和增容性,能与无机或有机配位体形成离子配位,使CaCO3被PVC包裹,并均匀分布于PVC基体中。
  内、外润滑、增塑及加工助剂作用。添加稀土热稳定剂可使PVC复合体系熔融共混时扭矩下降,开模后材料与金属型腔易于剥离,材料的玻璃化温度下降3℃左右等,表明稀土热稳定剂具有内、外润滑、增塑、加工助剂作用。
  增艳功能。稀土元素的特点是有f及d空轨道,容易发生电子的跃迁,因而在紫外光辐射下会出现激发光谱(200-400nm)和发射光谱(400-700nm)。通过对PVC片材进行荧光光谱测定可以证实稀土热稳定剂确有荧光作用,增艳有根据。但由于发射光谱有峰值范围,偏青,因此配色时应该引起注意。稀土具有吸收紫外光,随后放出可见光的特性,因而能减少紫外光对PVC分子的破坏,改善PVC制品的户外的老化性能,或在同等条件下减少防老化剂的用量,节约生产成本。
  稀土复合稳定剂低毒或无毒,稀土复合稳定剂的低铅(或无铅)产品可减轻(或避免)因使用铅盐产生的硫化污染及游离铅催化钛白粉所致的变色问题,从而提高PVC制品的表现性能。
  稀土稳定剂提高制品机械性能的机理。稀土元素有众多空轨道作为中心离子接受配位体的孤对电子,同时稀土金属离子有较大的离子半径,这就使它与PVC配方中的有机物和无机物形成各种各样的配位体或整合物,增加了分子间的相互作用力。物理缠结点增多,各组分间相容性增强,无机物得到良好的包裹,因而材料强度和韧性有所提高。复合物塑化均匀性的改善对材料力学性能提高也有贡献。
  单稀土及复合稀土稳定剂的稳定效果。单稀土及复合稀土稳定剂的稳定效果明显优于钙盐、锌盐及其混合物,也比铅盐稳定剂效果好。但前期稳定性(初期着色性)较差。在稀土稳定剂中添加适量的硬脂酸锌可以解决这一问题。
  稀土稳定剂的协同效应。一般说来,稀土稳定剂和其他稳定剂或助稳定剂之间存在着较强的协同作用,而稀土和稀土之间没有明显的协同作用。稀土的协同作用不仅表现在稳定性的大幅度提高上,还表现为初色性的进一步改善。稀土元素置换取代了烯丙基氯,由于其配位能力强,可以络合12个氯原子,从而表现出较好的长期稳定性。但是稀土配合氯离子的活化能较高,反应速度较慢,表现出初期着色性,而锌皂具有初期稳定期热稳定性好的特点,故两者配合使用,效果较好。

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