稀土化合物用作PVC熱穩定劑最早見于1971年的日本專利報道。我國具有得天獨厚的稀土資源優勢,20世紀80年代以來稀土用于PVC穩定劑的研究和開發成為國內的熱門課題。稀土化合物尤其是硬脂酸稀土用作PVC熱穩定劑的性能特點主要表現在:①在熱穩定性方面,硬脂酸稀土類似于硬脂酸鈣、硬脂酸鋇,具有長期熱穩定劑的特征。在透明性方面,硬脂酸稀土則明顯優于硬脂酸鈣、硬脂酸鋇接近于硫醇有機錫的水平;②在傳統的金屬皂熱穩定劑中,硬脂酸鈣、硬脂酸鋇等堿土金屬皂壓析大而噴霜小,硬脂酸鋅、硬脂酸鎘等過渡金屬皂壓析小而噴霜大,硬脂酸稀土則不僅壓析小,噴霜也小。硬脂酸稀土與鋅主穩定劑的并用機理如下。
可以看出:硬脂酸稀土與鋅主穩定劑的協效機理與硬脂酸鈣相似,也是將導致PVC“鋅燒”的氯化鋅置換并還原為鋅主穩定劑。從微觀理論來講,稀土離子屬于ⅢB族,其原子結構中的次外層d電子軌道為“全空”軌道。而鋅屬于ⅡB族,其原子結構中的次外層d電子軌道為“全充滿”的軌道??梢?,次外層d電子軌道“全空”的金屬元素與次外層d電子軌道“全充滿”的鋅皂以一定比例混合,可以獲得較好的熱穩定效果。按照洪特規則,等價軌道在“全充滿”、“半充滿”及“全空”的情況下,原子結構是比較穩定的。因此,很可能是ⅢB次外層的d電子軌道能與ⅡB次外層d電子軌道相互配合,形成一種比較穩定的d-d共用d電子對的配合物。這種配合物形成后,各原子在次外層d電子軌道上形成“半充滿”的穩定的原子結構狀態,使其活潑的氯化鋅轉變為較穩定的d-d配合物。這很可能是稀土化合物與鋅皂形成熱穩定性協同效應的主要原因。同樣,稀土與鋅皂的質量比也將會對PVC的熱穩定性產生影響,實驗結果如下表:
稀土化合物與鋅皂配比對熱穩定性的影響
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