稀土熱穩定劑是當今世界穩定劑行業中的一枝新秀,英、法、日、蘇聯等國在20世紀70年代就開展了稀土熱穩定劑的研究并合成了一系列稀土化合物,如水楊酸稀土、檸檬酸稀土、環烷酸稀土、硬脂酸稀土等。將這些有機酸稀土化合物添加到PVC中,發現它們對PVC的熱穩定作用優于傳統的PVC熱穩定劑。研究表明,稀土熱穩定劑熱穩定性好,透明性顯著,能與鋅皂等起協同作用,而且不受硫化物污染,儲存穩定,還具有無毒環保的優點(見表1)由于這些國家稀土資源貧乏,加之稀土元素的化學性質相近,要分離出單一稀土元素化合物極其困難,致使單一稀土元素化合物價格昂貴,這些國家對稀土熱穩定劑的深入研究及應用一直受到限制。
國內在20世紀70年代后期才開始將稀土化合物用于PVC的熱穩定劑,但已取得不少進展。對稀土穩定劑的研究應用發現,某些稀土熱穩定劑不論是靜態還是動態,均已達到或接近傳統國產和進口鉛鹽及鋇鋅類穩定劑,具有優良的長期熱穩定性能。在相同條件下,與傳統穩定劑比,添加稀土穩定劑的PVC塑化時間短,塑化溫度、平衡溫度低,平衡扭矩小,可減少加工能耗,加快PVC的塑化過程,使制品性能得到提高。但也存在初期著色性稍差,價格較鉛鹽類穩定劑高等不足。
由于稀土穩定劑與傳統穩定劑配合性良好并能與多數常規穩定劑產生顯著的協同效應,又因其單獨使用時往往前期穩定效果不強,稀土穩定劑通常與常規穩定劑復合并用,制備成多功能稀土復合穩定劑。稀土復合穩定劑是繼鉛系、金屬皂類、有機錫類等PVC加工熱穩定體系之后的新型熱穩定系,在20世紀80年代由我國最先工業化。當稀土穩定劑和其他穩定劑復配使用時,其協同效應,使復合穩定劑對PVC的熱穩定作用優于單純的稀土穩定劑。此外,稀土多功能復合穩定劑因其獨特的化學結構,對PVC體系還具有一定的偶聯、增韌、增容、潤滑作用,可提高物料流動性和PVC制品的力學性能。與傳統的鉛鹽穩定劑和有機錫穩定劑相比,其PVC體系的力學性能在各方面都較接近甚至在某些方面有所提高。利用協同效應制成的多功能型稀土復合穩定劑,可廣泛用于PVC異型材、管材、板材、人造革、透明制品等軟硬制品的加工,適合擠出、注塑、壓延、吹塑等加工工藝。在制品成型加工中具有低量、高效、加工性能好、光熱穩定性和耐候性優良的特點,符合環境友好型塑料助劑的發展要求。
稀土是我國的獨特資源,儲藏量占世界的50%以上,推廣高效、無毒、復合型的稀土穩定劑具有重要的經濟和社會效益。由于國外缺乏稀土資源,至今未見商業化報道。國內稀土熱定劑近年來發展很快,研究開發也很活躍,并先對稀土熱穩定劑進行了商品化的探索,經過多年對單一稀土化合物穩定性的研究探索后,目前許多企業和機構先后開發出各種復配型稀土穩定劑,并具有一定的生產規模。中國科技大學、四川大學、廣東工業大學、浙江大學、福建二輕研究所、廣東煒林納新材料科技股份有限公司等單位已進行了多方面的研究工作,取得了良好的進展。目前,廣東煒林納新材料科技股份有限公司等企業的稀土熱穩定劑年產量已達萬噸級。此外,常熟合成化工廠生產的由鑭系稀土元素與硬脂酸鹽復合穩定劑、浙江江仙居合成化工廠生產的環氧油酸稀土穩定劑、江陰市華士日用品化工廠生產的稀土穩定劑、廣東肇慶鼎湖精細化工廠的硬脂酸稀土鋅系穩定劑、福州二輕工業研究所的稀土復合穩定劑、廣東工業大學的硬脂酸稀土元素與硬脂酸鋅、硫醇辛酯復合稀土穩定劑等,有良好的性能,部分產品已工業化用于傳統PVC制品,還可代替金屬皂鹽用于PVC透明制品。經多年的研究開發,目前全國稀土熱穩定劑的總產能預計超過30kt/a,但有關稀土復合穩定劑的生產工藝和配方目前多處于商業保密階段。
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