编号：SLHY00021

篇名：稀土在塑料中的应用

作者： 张永祥 张弘 张韬

关键词： 稀土

机构： 包头塑料工业科学研究所

原文： 包头塑料工业科学研究所从1978年开始开展了稀土在塑料中的应用研究，现结合国内近年开展的一些研究，将稀土在塑料中的应用综述如下。 ??1.稀土聚氯乙烯无毒稳定剂 ??由于聚氯乙烯（PVC）树脂成型加工温度高于分解温度，在成型制品时需加入一种稳定剂，使其分解温度提高到成型加工温度以上，分解温度越高，其热稳定效果越好，成型越容易，传统使用的热稳定剂主要是铅盐和金属皂盐。这些热稳定剂有毒，而且加入量大，制品不透明。 包头塑料工业科学研究所研制的稀土无毒稳定剂具有下述特点：（1）所选稀土品种为弱碱性，有助于吸附聚氯乙烯分解时释放出的氯化氢，而游离氯化氢是聚氯乙烯继续分解的促进剂；（2）稀土热稳定剂在高剪切力和250℃高温下相对稳定，且不和聚氯乙烯树脂起反应，也不自分解成能促进聚氯乙烯分解的物质；（3）稀土化合物经烘干、粉碎过400目筛，产品无杂质，易分散混合；（4）该稀土稳定剂为有机弱酸盐，主要为降低稀土稳定剂碱性，防止碱性过强造成从聚氯乙烯树脂中加速脱氯化氢反应产生。 该稳定剂可应用于所有聚氯乙烯制品。主要优点是：加入量少、无毒、与树脂易混合且分散均匀，提高挤出量，易塑化，制品光泽度好，半透明，各项理化性能和传统铅稳定剂相比均有不同程度提高。 ??2．稀土改性MC尼龙 ??MC尼龙由于其设备投资少，成型工艺简单，在尼龙系列产品中性能优良，尤其适于小批量、重量大的制品，近年发展速度极快。但普通MC尼龙制品由于吸水率大，制品尺寸稳定性不好，易磨损，使MC尼龙的应用受到了一定的限制。 ??稀土改性MC尼龙克服了上述缺点，在尼龙单体活化过程中，加入稀土改性剂，改变了MC尼龙的结晶形态和结晶度，加大了聚合分子量，分子量分布更趋一致、合理。从而改善了MC尼龙的尺寸稳定性，提高了耐磨度，各项力学性能均有不同程度的提高。扩大了在齿轮、轴套、蜗轮、滑块及耐水流、风力冲刷环境中的应用。 ??稀土尼龙板经包头各稀土厂在矿物浮选中作刮板使用，与普通MC尼龙板相比，寿命提高50％以上。各瓷厂在搅泥机中代替铜套使用，耐磨度提高一倍，且不污染原料，瓷产品一级品率提高5％以上。 ??3．稀土光致发光塑料 发光塑料制品是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料，传统使用的发光材料以硫化物为基质，银和锰为激发剂的发光物质。这些发光物质光亮度差，发光时间短，只呈现某种颜色光，没有光转换功能。 ??稀土离子的发光特点是：（1）被激发的稀土离子中处于激发态的电子其寿命比普通原子激发态寿命长得多；（2）稀土在固体中，特别在晶体中会形成发光中心，磷光体被激发时，晶体中会出现电子和空穴，激发停止后，磷光体仍可发光；（3）在稀土激活的磷光体中 容易掺杂、敏化；（4）可制备出不同特征的磷光体，如不同余辉，不同颜色等；（5）亮度高，耐烧伤，化学稳定性好；（6）制备及应用工艺简单。 ??稀土离子的发光过程可分为三步：（1）基质晶格吸收激发能；（2）基质晶格将吸收的激发能传递给激活离子，使其激发；（3）被激发的稀土离子发出荧光而返回基质。目前，国内外制造的稀土光致发光塑料均以紫外光为激发光源，其波长范围为310～400nm，为了充分地吸收紫外光辐射的能量，在制备发光塑料制品时，填加有机染料，该染料在345～375nm区间有一个强吸收带，其谱带尽可能宽一些。因为处于基态上的电子只有吸收了能量后才能被激发，被激发的电子多，才能产生强的荧光。另一方面，在可见光区应产生一个荧光谱带，谱带越强越好，并尽可能宽一些，这说明量子效率高。虽然谱带宽会导致饱和度下降，但对受紫外光激发的发光塑料而言，略降饱和度而得到高的量子效率是值得的。发光塑料广泛用于灯箱广告、舞台设计、交通标志、夜间安全服饰、家用电器等。特别是在光转换农用大棚膜上，由于可见光转为红外光，对提高地温，加速植物的光合作用，除草灭虫，改变农作物营养成份均有明显效果。 ??4．稀土磁性塑料 ??稀土磁性塑料是将钕铁硼稀土永磁材料粉末加入塑料树脂中，经充分混合熔融，在充磁机的磁化下，生产出各类磁性塑料制品。稀土磁性塑料的生产，主要注意下述事项：（1）稀土磁粉的细度要适当，太粗易产生沉降和挤出困难；（2）稀土磁粉粗细比例配合要合适，粗磁粉有助于提高磁性能，细磁粉有助于增大磁性能，其磁粉粗细又和塑料品种、塑化温度、充磁机强度和位置有关；（3）稀土磁粉根据不同塑料品种选择合适偶联剂进行活化处理，有助于金属磁粉和高聚物混合；（4）充磁机选择要合适，其充磁过程最好在塑料呈液体状态时进行，这样磁粉在进行有序排列时所受外力最小。 ??稀土磁性塑料可采用浇铸、注塑、挤出、涂饰等工艺生产。 ??5．稀土在塑料中的其它应用 ??5．1稀土的防老化性能 ??塑料成型加工时加入某种稀土化合物可大大延缓塑料制品的老化寿命。在塑料异型材生产中加入0.5份稀土化合物和同样配方不加稀土化合物进行氙灯光源曝露试验，结果老化系数提高0.5倍以上。 ??5．2稀土可改善塑料着色性能 ??在塑料成型加工中，加入钕、镨等化合物，经某种化学处理后，产品呈钕紫、镨黄色，其光泽柔和、鲜亮，色调纯正。在酸、碱溶液和太阳曝晒等条件下，仍保持原有色泽。而对比样所用传统有机、无机染料均已褪色。 ??5．3稀土光敏剂在聚乙烯地膜中的应用 ??含羧酸铈光敏剂及其配合体系加入低密度聚乙烯地膜中，生产可控光降解地膜。该地膜在户外自然暴露过程中，化学结构发生变化，断裂伸长率下降，发生光降解。经农用试验具有下述特点： ??（1）降解诱导期55士5天，崩溃期70士2天，累计150天后，地膜的Mη降至5000左右，其残留碎片约5cm2，一碰即碎。（2）该降解地膜上下部分基本不降解，说明其降解原理为光降解。（3）该地膜具有一般地膜保温、保湿、促进早产、增产等效果。可解决残留地膜对环境和土壤造成的污染。 ??5．4稀土改性聚苯乙烯 ??将稀土镨、钕制成改性剂，加入聚苯乙烯塑料中，和普通聚苯乙烯相比，其热稳定性、冲击强度、弯曲强度等均有明显提高。 ??5．5稀土改性聚乙烯、ABS塑料媒染剂 ??将某种稀土化合物、螫合剂、分散剂等材料经高温络合、冷却、粉碎，其外观为粉状或膏状物加入塑料树脂中，用于吹塑、挤出、注塑等工艺。具有添加量少，着色增值大，可提高制品的色牢度和表面光泽，其着色效果达到德国Hoechest公司HB一AE30颜料水平。 ??5．6氧化稀土改性聚丙烯 ??将聚丙烯和干燥的氧化稀土于180℃下在密炼机中混合均匀，在180℃下模压成型，经测试，其性能如下： ??（1）结晶和熔融：氧化稀土改性聚丙烯形成的结晶是α和β的共生晶，且随稀土含量的增加（1％～23％）结晶峰向高温方向移动（2～9℃）。（2）随着氧化稀土的增加，聚丙烯中β结晶的相对含量随稀土含量升高而升高。所以氧化稀土对聚丙烯兼有填充剂和β晶成核剂的作用。（3）聚丙烯软化温度随氧化稀土含量的增加而有所提高，热失重温度则明显提高。当氧化稀土含量从1％增至24％时，热分解温度提高30～50℃，改进了聚丙烯的热性能。（4）聚丙烯塑料各项力学性能随氧化稀土含量的增加而下降。但冲击强度改变不大。 ??5．7稀上镧化合物在牙齿材料方面主要用于丙烯酸酯聚合物，其在使用过程中易泛黄，不耐磨，强度差。该材料经某种稀土镧溶液处理后，上述缺点均有不同程度的改善和提高。