【知識】稀土在塑膠中的應用

1.稀土聚氯乙烯無毒穩定劑

由於聚氯乙烯（PVC）樹脂成型加工溫度高於分解溫度，在成型製品時需加入一種穩定劑，使其分解溫度提高到成型加工溫度以上，分解溫度越高，其熱穩定效果越好，成型越容易，傳統使用的熱穩定劑主要是鉛鹽和金屬皂鹽。這些熱穩定劑有毒，而且加入量大，製品不透明。
包頭塑膠工業科學研究所研製的稀土無毒穩定劑具有下述特點：（1）所選稀土品種為弱鹼性，有助於吸附聚氯乙烯分解時釋放出的氯化氫，而游離氯化氫是聚氯乙烯繼續分解的促進劑；（2）稀土熱穩定劑在高剪切力和250℃高溫下相對穩定，且不和聚氯乙烯樹脂起反應，也不自分解成能促進聚氯乙烯分解的物質；（3）稀土化合物經烘乾、粉碎過400目篩，產品無雜質，易分散混合；（4）該稀土穩定劑為有機弱酸鹽，主要為降低稀土穩定劑鹼性，防止鹼性過強造成從聚氯乙烯樹脂中加速脫氯化氫反應產生。

該穩定劑可應用於所有聚氯乙烯製品。主要優點是：加入量少、無毒、與樹脂易混合且分散均勻，提高擠出量，易塑化，製品光澤度好，半透明，各項理化性能和傳統鉛穩定劑相比均有不同程度提高。

2．稀土改性MC尼龍

MC尼龍由於其設備投資少，成型工藝簡單，在尼龍系列產品中性能優良，尤其適於小批量、重量大的製品，近年發展速度極快。但普通MC尼龍製品由於吸水率大，製品尺寸穩定性不好，易磨損，使MC尼龍的應用受到了一定的限制。

稀土改性MC尼龍克服了上述缺點，在尼龍單體活化過程中，加入稀土改性劑，改變了MC尼龍的結晶形態和結晶度，加大了聚合分子量，分子量分佈更趨一致、合理。從而改善了MC尼龍的尺寸穩定性，提高了耐磨度，各項力學性能均有不同程度的提高。擴大了在齒輪、軸套、蝸輪、滑塊及耐水流、風力沖刷環境中的應用。

稀土尼龍板經包頭各稀土廠在礦物浮選中作刮板使用，與普通MC尼龍板相比，壽命提高50％以上。各瓷廠在攪泥機中代替銅套使用，耐磨度提高一倍，且不污染原料，瓷產品一級品率提高5％以上。

3．稀土光致發光塑膠

發光塑膠製品是近年來興起的一種高附加值新型功能材料，傳統使用的發光材料以硫化物為基質，銀和錳為激發劑的發光物質。這些發光物質光亮度差，發光時間短，只呈現某種顏色光，沒有光轉換功能。

稀土離子的發光特點是：（1）被激發的稀土離子中處於激發態的電子其壽命比普通原子激發態壽命長得多；（2）稀土在固體中，特別在晶體中會形成發光中心，磷光體被激發時，晶體中會出現電子和空穴，激發停止後，磷光體仍可發光；（3）在稀土啟動的磷光體中容易摻雜、敏化；（4）可製備出不同特徵的磷光體，如不同餘輝，不同顏色等；（5）亮度高，耐燒傷，化學穩定性好；（6）製備及應用工藝簡單。
稀土離子的發光過程可分為三步：（1）基質晶格吸收激發能；（2）基質晶格將吸收的激發能傳遞給啟動離子，使其激發；（3）被激發的稀土離子發出螢光而返回基質。目前，國內外製造的稀土光致發光塑膠均以紫外光為激發光源，其波長範圍為310～400nm，為了充分地吸收紫外光輻射的能量，在製備發光塑膠製品時，填加有機染料，該染料在345～375nm區間有一個強吸收帶，其譜帶盡可能寬一些。因為處於基態上的電子只有吸收了能量後才能被激發，被激發的電子多，才能產生強的螢光。另一方面，在可見光區應產生一個螢光譜帶，譜帶越強越好，並盡可能寬一些，這說明量子效率高。雖然譜帶寬會導致飽和度下降，但對受紫外光激發的發光塑膠而言，略降飽和度而得到高的量子效率是值得的。發光塑膠廣泛用於燈箱廣告、舞臺設計、交通標誌、夜間安全服飾、家用電器等。特別是在光轉換農用大棚膜上，由於可見光轉為紅外光，對提高地溫，加速植物的光合作用，除草滅蟲，改變農作物營養成份均有明顯效果。

4．稀土磁性塑膠

稀土磁性塑膠是將釹鐵硼稀土永磁材料粉末加入塑膠樹脂中，經充分混合熔融，在充磁機的磁化下，生產出各類磁性塑膠製品。稀土磁性塑膠的生產，主要注意下述事項：（1）稀土磁粉的細度要適當，太粗易產生沉降和擠出困難；（2）稀土磁粉粗細比例配合要合適，粗磁粉有助於提高磁性能，細磁粉有助於增大磁性能，其磁粉粗細又和塑膠品種、塑化溫度、充磁機強度和位置有關；（3）稀土磁粉根據不同塑膠品種選擇合適偶聯劑進行活化處理，有助於金屬磁粉和高聚物混合；（4）充磁機選擇要合適，其充磁過程最好在塑膠呈液體狀態時進行，這樣磁粉在進行有序排列時所受外力最小。

稀土磁性塑膠可採用澆鑄、注塑、擠出、塗飾等工藝生產。

5．稀土在塑膠中的其他應用

5．1稀土的防老化性能

塑膠成型加工時加入某種稀土化合物可大大延緩塑膠製品的老化壽命。在塑膠異型材生產中加入0.5份稀土化合物和同樣配方不加稀土化合物進行氙燈光源曝露試驗，結果老化係數提高0.5倍以上。

5．2稀土可改善塑膠著色性能

在塑膠成型加工中，加入釹、鐠等化合物，經某種化學處理後，產品呈釹紫、鐠黃色，其光澤柔和、鮮亮，色調純正。在酸、堿溶液和太陽曝曬等條件下，仍保持原有色澤。而對比樣所用傳統有機、無機染料均已褪色。

5．3稀土光敏劑在聚乙烯地膜中的應用

含羧酸鈰光敏劑及其配合體系加入低密度聚乙烯地膜中，生產可控光降解地膜。該地膜在戶外自然暴露過程中，化學結構發生變化，斷裂伸長率下降，發生光降解。經農用試驗具有下述特點：

（1）降解誘導期55士5天，崩潰期70士2天，累計150天后，地膜的Mη降至5000左右，其殘留碎片約5cm2，一碰即碎。（2）該降解地膜上下部分基本不降解，說明其降解原理為光降解。（3）該地膜具有一般地膜保溫、保濕、促進早產、增產等效果。可解決殘留地膜對環境和土壤造成的污染。

5．4稀土改性聚苯乙烯

將稀土鐠、釹製成改性劑，加入聚苯乙烯塑膠中，和普通聚苯乙烯相比，其熱穩定性、衝擊強度、彎曲強度等均有明顯提高。

5．5稀土改性聚乙烯、ABS塑膠媒染劑

將某種稀土化合物、螫合劑、分散劑等材料經高溫絡合、冷卻、粉碎，其外觀為粉狀或膏狀物加入塑膠樹脂中，用於吹塑、擠出、注塑等工藝。具有添加量少，著色增值大，可提高製品的色牢度和表面光澤，其著色效果達到德國Hoechest公司HB一AE30顏料水準。

5．6氧化稀土改性聚丙烯

將聚丙烯和乾燥的氧化稀土於180℃下在密煉機中混合均勻，在180℃下模壓成型，經測試，其性能如下：

（1）結晶和熔融：氧化稀土改性聚丙烯形成的結晶是α和β的共生晶，且隨稀土含量的增加（1％～23％）結晶峰向高溫方向移動（2～9℃）。（2）隨著氧化稀土的增加，聚丙烯中β結晶的相對含量隨稀土含量升高而升高。所以氧化稀土對聚丙烯兼有填充劑和β晶成核劑的作用。（3）聚丙烯軟化溫度隨氧化稀土含量的增加而有所提高，熱失重溫度則明顯提高。當氧化稀土含量從1％增至24％時，熱分解溫度提高30～50℃，改進了聚丙烯的熱性能。（4）聚丙烯塑膠各項力學性能隨氧化稀土含量的增加而下降。但衝擊強度改變不大。

5．7稀上鑭化合物在牙齒材料方面主要用於丙烯酸酯聚合物，其在使用過程中易泛黃，不耐磨，強度差。該材料經某種稀土鑭溶液處理後，上述缺點均有不同程度的改善和提高。


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