稀土在功能涂料和涂层中的作用机理

    邰晓曦1，2，皮丕辉1，郑大锋1，程江1，杨卓如1　　　　(1.华南理工大学化学与化工学院，广州510641；2.广东食品药品职业学院，广州510520)　　　　摘要：稀土元素具有特殊的电子结构，在制备功能涂层领域有重要的应用。阐述了目前稀土在制备功能有机涂料、耐腐蚀涂层、耐高温涂层及其他领域中的一些应用，初步探讨了稀土在功能涂料和涂层中的作用机理。　　　　关键词：稀土元素；有机涂料；耐腐蚀；耐高温　　　　0.引言　　　　稀土是元素周期表ⅢB族中钪、钇、镧系17种元素的总称，包含钪Sc、钇Y及镧系中的镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钷Pm、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu，共17个元素。稀土元素具有[Xe]4f0-145d1-106S2的电子构型，由于4f轨道的特殊性和5d轨道的存在，因而具有光、电、磁等优异性能。稀土离子具有丰富的电子能级，离子半径较大，电荷较高，又有较强的络合能力，这为化学合成稀土新材料提供了更多途径。将稀土元素应用到功能涂层，可以对各种材料进行针对性的保护。　　　　1.稀土在有机涂料中的催干作用　　　　有机涂料在材料保护中被大量应用，有机涂料在使用中往往需要添加催干剂。传统的催干剂主要是钴、锰、铁、铅、锌、钙等金属的有机酸皂，但它们却存在明显的缺点：钴皂价昂，锰皂色深，铅皂毒性大、污染大。稀土金属皂催干剂作为一类新型催干剂，不仅具有毒性低、颜色浅、价格适宜等优点，而且兼具活性催干剂和辅助催干剂的作用，可部分代替钴催干剂，全部取代锰、铁、铅、锌、钙等催干剂，有利于降低成本，消除铅毒及污染，并提高漆膜质量。稀土元素由于具有特殊的外层电子结构，以它制成的皂类催干剂不仅能通过自身的价态变化将油中天然抗氧化物氧化或结合成络合物沉淀析出，消除抗氧化剂的抗氧性，加速不饱和脂肪酸的吸氧速度，促进油中不饱和脂肪酸的表层氧化聚合干燥，而且还可通过其空轨道与醇酸、酚醛、氨基、环氧等树脂中的羟基、羟甲基等极性基团形成配位键，增加分子结构的交联度，生成更大相对分子质量的配位络合物，从而使中、底层涂层产生配位聚合干燥[1]。例如以稀土元素Ce和异辛酸为主要原料，采用有机酸皂化法可制备高效稀土油漆催干剂，该催干剂能通过所含铈离子的价态变化促进自由基产生，加速有机涂层的氧化聚合干燥，同时还可与有机分子中的羟基、羟甲基等极性基团形成配位键，使有机涂层产生配位聚合干燥[2]。　

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