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稀土熱穩定劑

更新時間:2015-06-15  作者:carsonwang

稀土熱穩定劑
熱穩定劑種類繁多,牌號上千,一般按其化學組成可分為鉛鹽類、金屬皂類、複合型穩定劑、有機錫(銻)類、稀土類(中國獨有)有機穩定助劑等。
   稀土類熱穩定劑是利用中國特有的資源優勢正蓬勃發展的熱穩定劑的後起之秀。控製遊離氯元素,雖然稀土熱穩定劑作用機理尚待進一步研究,但其表現出的優異的熱穩定性、耐光、耐候性、透明性、無毒、兼具偶聯、增韌、增豔、改善加工性能、價格與性能比適中,儲存穩定性等逐漸被加工單位所共識,是目前及今後發展重點之一。
一、     主要成分
 化學元素周期表中鑭係元素及與之密切相關的兩個元素共17 種元素, 稱為稀元素, 簡稱稀土(RE 或R) 。根據稀土元素電子結構和物理化學性質, 以及它們在礦物中共生況和不同的離子半徑具有不同的性質, 17 種稀元素通常分為二組:
    輕稀土(又稱鈰組) :鑭、鈰、鐠、釹、鉕、釤、銪;
    重稀土(又稱釔組) :鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥。
  稀土元素鑭、鈰的離子本身無毒、無色。通過選擇適當的無毒有機組份可以做成無毒、高透明、高熱穩定效率、耐候性優良的熱穩定劑。稀土原子具有未充滿的電子層結構, 由此而產生多種多樣的電子能級。稀土離子能與羥基、偶氮基或磺酸基等形成結合物。稀土具有類似微量元素的性質。稀土的金屬活潑性僅次於堿金屬和堿土金屬元素, 而比其他金屬元素活潑。在17 個稀土元素當中,按金屬的活潑次序排列,由鈧、釔、鑭遞增, 由鑭到鑥遞減, 即鑭元素最活潑。稀土元素能形成穩定的氧化物、鹵化物、硫化物。稀土元素可以和氮、氫、碳、磷發生反應, 易溶於鹽酸、硫酸和硝酸中。稀土易和氧、硫、鉛等元素化合生成熔點高的化合物。
  稀土穩定劑的主要成分是鑭元素和鈰元素的有機或無機鹽類。其主要品種是硬脂酸稀土鹽以及稀土鹽和鉛鹽複合型穩定劑。
稀土複合穩定劑由稀土元素的羧酸鹽或脂肪酸鹽為主要組分而合成。它含有適量的稀土金屬成份。它不但可以取代鉛鎘鹽類和有機錫類等有毒穩定劑,而且具有相當好的熱穩定性、光穩定性和透明性及著色力,外觀呈白色或淡黃色粉末狀、片狀、液體。
二、    優點
l  促進熔融作用
l  加工性能好
l  獨特的偶聯、增容、內增塑、增韌作用
l  優良的透明性,獨特的增豔功能,優異的耐候性能
l  優異的電絕緣性能
l  無毒、安全衛生等
l  由於稀土原子具有吸收紫外線,放出可見光的特性,進一步減少了紫外線對樹脂分子的破壞,能改善製品的戶外老化性能
l  PVC塑料門窗異型材用的稀土複合穩定劑可以做到無毒,無味,無放射性,熱光穩定性優於傳統的穩定劑,兼具偶聯增韌劑改善加工性等功能,應用稀土穩定劑可以降低PVC型材的綜合成本,有較高的性能/價格比;但應強調的是,稀土複合穩定劑合成技術的不同,產品中的陰陽離子,協效劑的種類,配比選擇不同,其最終產品的性能不同,應此使用過程中因給予充分注意。目前市售稀土複合穩定劑在應用中存在普遍的問題是:相對鉛係PVC穩定劑易析出,未能實現完全無鉛化。
三、硬脂酸稀土鹽生產工藝
目前硬脂酸稀土鹽的生產方法有三種。
1.   複分解法
複分解法是最早應用於硬脂酸稀土的合成工藝,該工藝分兩步進行: 先將脂肪酸與燒堿進行皂化反應製得稀鈉皂液, 再將皂化液與氯化稀土溶液反應製得稀土穩定劑。 工業上合成金屬硬脂酸鹽主要采用複分解法工藝, 複分解法的反應在水介質中進行, 具有反應條件溫和、產品色澤好的優點。但是, 由於鈉皂膠化能大、溶解度小、溶液黏稠, 易與硬脂酸結合生成酸性皂, 也易被鹽析, 要獲得純的金屬硬脂酸鹽產品, 反應必須在相當稀釋的條件下以緩慢的速度進行, 由於第一步反應進行緩慢, 需要很長的時間,這就給整個反應帶來很大的限製。
2.   直接(皂化) 法
主要反應為金屬氫氧化物與硬脂酸的皂化反應,因此又可稱之為“皂化法工藝”。新工藝首先將化學計量比的硬脂酸、氯化稀土溶液、燒堿溶液和適量水混合攪拌加熱進行第一階段反應, 再緩慢加入餘量燒堿溶液進行第二階段反應。
具體實施例如下:在100L 帶攪拌的反應器中加水30L , 開動攪拌投入45 %氯化稀土溶液6. 92kg、50 %堿溶液2. 39kg、硬脂酸10. 00kg , 加熱升溫至65 ℃後在此溫度下保溫反應15min , 然後再在15min 內徐徐加入50 %燒堿溶液0. 60kg 繼續反應10min。反應完畢, 將生成物用水滌洗,然後用離心機脫水, 濾餅經幹燥、粉碎即得硬脂酸稀土產品。該法的皂化及複分解兩步反應是同時進行的,稀土氫氧化物與脂肪酸的酸堿中和反應速度快, 產品純度高,不需要大量溶劑,有效克服了傳統複分解法的反應時間長、溶劑消耗量大、工藝複雜及產品得率與純度低等缺點,優化了合成工藝,降低了生產成本,提高了產品質量。
在本法中也可以用硝酸稀土代替氟化稀土。其製法如下:稱取定量的氧化稀土倒入錐形瓶中, 加入適量的硝酸溶液, 置於通風櫥中緩緩加熱, 氧化稀土逐漸溶解, 至溶液澄清為止, 然後用蒸餾水稀釋至指定濃度, 即得硝酸稀土溶液。取一幹淨三口燒瓶, 先加入一定量硬脂酸和適量作溶劑的乙醇, 放入超級恒溫器中, 裝好電動攪拌器和滴液漏鬥, 加熱至指定溫度後開動攪拌,使硬脂酸完全溶解。接著, 加入指定濃度的硝酸稀土溶液, 待攪拌均勻後從滴液漏鬥緩慢加入適量的氫氧化鈉溶液, 然後保溫到規定時間,趁熱過濾,再經烘幹、稱重、研磨得產品。
3.        熔融法  
熔融法是在催化劑存在下,加熱並攪拌脂肪酸與稀土氧化物的混合物,即可一步合成產品。其中選用合適的催化劑是反應順利與否的關鍵。對該類反應而言,低級酸和過氧化物是較好的催化劑。該反應所需要的試劑種類少, 產品成本低;所需設備簡單, 工藝流程短且緊湊,所占空間小,並不需要特別的廠房,易於生產和操作,勞動強度較小; 產品不需要後處理,“三廢”和能耗小。熔融法研究無論從理論角度還是從實際應用角度來看具有科學意義和實用價值。
其實例如下:將定量的異辛酯和苯酐以l ∶l 的物質的量比放入三頸瓶中,攪拌升溫至135 ℃, 待反應物變成淺黃清亮的液體後,恒溫反應30min ,即生成了鄰苯二甲酸單異辛酯。經洗滌、蒸餾得純產品, 收率為95 %。在不斷攪拌的條件下,向上述製得的鄰苯二甲酸單異辛酯稀土中,加入其他熱穩定劑即可製得液態稀土複合熱穩定劑。
四、           產品用途
型號 用途 優點
XT-1 型材、管材、板材、片材等PVC製品; 三者熱穩定性高於鉛鹽及複合穩定劑,本品價格低廉,是目前最有發展前途的一類穩定劑。
 
XT-2 管件、扣板、注塑等PVC製品無毒高效透明;
XT-3 PVC透明製品,運輸帶、密封條、人造革、鞋底料、管材、門簾等;
五、           用量及保存
1.   XT-1、XT-2、XT-3型號稀土穩定劑為25公斤紙袋或編織袋包裝,本品屬非危險品運輸,防日曬雨淋,陰涼通風處存放,保持期一年或更長。
2.   推薦用量:1-6份。
稀土複合穩定劑的圖片如下:


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