新型稀土热稳定剂的设计、制备及相关机理研究

In order to improve the effect of rare earth stabilizers on keeping the color of Polyvinyl Chlorine during the early stage of thermal process, and on the compatibility between the stabilizers and PVC, we suggest to prepareing new rare earth stabilizers by coordinating organic weak acid that have special functional group and special element with rare earth compounds; this new rare earth compounds would be used as primary stabilizer and blended with other stabilizer to produce various complex stabilizers that could meet different purpose; at the same time, mixture of lanthanum and cerium would be used to replace lanthanum or cerium. The influence of special function groups and rare earth elements on the thermal stability of PVC would be investigated, the stabilizing mechanism of special function groups and N, O will be uncovered, and the synergistic effect between rare earth stabilizers and other types of stabilizers will be explored. Further study will be done to improve the application of rare earth stabilizer, finding new way to use the rare earth stabilizers. This study will take the advantage of rare earth resource superiority in Baotou, open up new application fields for light rare earth, turn resource superiority into industrial superiority, and providing the development of rare earth stabilizers with theoretical basis and technical support.

项目针对稀土热稳定剂存在的初期着色性差，热稳定性能达不到要求，以及与PVC之间的相容性不好等问题，提出引进特殊基团及元素的方法，用有机环状弱酸和稀土化合物配位制备环状稀土热稳定剂，并以此稳定剂为主稳定剂，复配出适合不同性能要求的多种复合热稳定剂，同时以不经分离的镧铈混合稀土代替镧、铈。研究特殊基团、特殊元素和稀土元素对热稳定性能的影响规律，揭示特殊基团、特殊元素N，O在稳定剂中的作用机理，明确新型稀土热稳定剂的稳定机理；并探索新型稀土热稳定剂与其他稳定剂的协同作用机制。进一步研究新型稀土热稳定剂的应用性能，为稀土热稳定剂的应用提供一条新途径，本研究充分发挥包头的稀土资源优势，开辟轻稀土镧、铈元素的应用领域，使资源优势转化为产业优势，为稀土热稳定剂的开发提供理论基础和技术支持。

本研究针对稀土热稳定剂存在的初期着色性差，热稳定性能达不到要求，与PVC之间的相容性不好等问题。用含特殊元素的有机环状弱酸和稀土配位制备稀土热稳定剂，主要研究了苯甲酸系列、尿嘧啶系列稀土热稳定剂，并以不经分离的镧铈混合稀土代替镧、铈。同时也研究了稀土热稳定剂的应用性能和热稳定机理。.对甲基苯甲酸镧、对氨基苯甲酸镧热稳定时间分别为12 min、23 min。而且对氨基苯甲酸镧抗变色性能良好，能够有效地抑制“锌烧”现象。对氨基苯甲酸镧、对氨基苯甲酸铈和对氨基苯甲酸镧铈的热稳定性能顺序为：对氨基苯甲酸镧>对氨基苯甲酸镧铈>对氨基苯甲酸铈。对氨基苯甲酸铈或对氨基苯甲酸镧铈与硬脂酸锌、硬脂酸钙或季戊四醇复配的复合稳定剂的热稳定性能比对氨基苯甲酸镧复配的性能略好。对氨基苯甲酸镧铈：硬脂酸锌：季戊四醇 = 1:1:3时，热稳定时间达到60 min；对氨基苯甲酸铈：硬脂酸锌：季戊四醇 = 1:1:3时，热稳定时间达到50 min。.6-羧基尿嘧啶镧和6-甲基尿嘧啶镧的热稳定时间分别为7min、73min，两种稳定剂抗变色性能没有明显差别。6-甲基尿嘧啶镧、6-甲基尿嘧啶铈和6-甲基尿嘧啶镧铈的稳定性能的顺序为，6-甲基尿嘧啶镧﹥6-甲基尿嘧啶铈镧﹥6-甲基尿嘧啶铈；三元复配的热稳定效果优于二元复配，含镧元素优于含铈元素的稀土热稳定剂。二元最佳复配热稳定剂：6-甲基尿嘧啶镧：硬脂酸钙=4:1，热稳定时间为80min。三元最佳复配热稳定剂：6-甲基尿嘧啶镧：硬脂酸锌：季戊四醇=3:1:1，热稳定时间为88min。.稀土热稳定剂与硬脂酸锌、硬脂酸钙和季戊四醇之间有良好的协同作用。稀土热稳定剂能够促进聚氯乙烯的塑化，缩短了PVC样品在加工过程中的塑化时间。稀土热稳定剂可以减少PVC中的C-Cl，稀土离子可以吸收PVC降解过程中释放的HCl生成RECl3，降低了HCl的含量，减少甚至抑制了HCl对PVC降解的自催化作用，从而达到对PVC样品的热稳定作用。本研究充分发挥包头的稀土资源优势，开辟轻稀土镧、铈元素的应用领域，为稀土热稳定剂的应用提供了一条新途径。