筆者在工作中發現一個有意思的現象,Mg皂的性質與Ca皂很相似(初期著色性嚴重,但長期熱穩定性較好),而Al皂與Zn皂很相似(優良的初期色相及嚴重的“鋅燒”現象);Mg、Ca、Sr、Ba均屬元素周期中第二主族元素,它們性質相似,好理解,但Al是第三主族元素,而Zn、Cd是第二副族元素,它們的化學性質為何很相似呢?當然元素周期律中有對角線原理可以說明這一現象,但元素化學性質的異同,其根本原因是其原子結構的異同,其外在表征是原子核中質子對外層電子的束搏力異同性,這個差異性很復雜,但簡便的似近方法是比較元素的電負性,
第二主族元素Mg到Ba的電負性比較小并且很接近,說明它們吸引電子能力近似并比較弱,它們不能與PVC樹脂中不穩定氯原子(ClΘ)形成配位鍵,因而不能使金屬皂的陰離子取代不穩定氯原子從而使PVC脫HCl并形成雙鍵;當PVC體系有相當數量的HCl以后,它們只能吸收HCl,所以它們的有機酸鹽作為熱穩定劑,初期著色較重;而Zn、Cd、Al、Pb、Sn、Sb的電負性較大(約大50%以上)吸引電子能力較強,能與PVC樹脂中不穩定氯原子(ClΘ)形成配位鍵,因而能使金屬皂的陰離子取代不穩定氯原子,能預防PVC分解HCl形成雙鍵反應,所以它們的有機酸鹽作為熱穩定劑都有較好的初期色相,當然前面提到的有機陽離子與PVC中不穩定氯原子相對應的碳?(C?)形成配鍵的能力的大小亦影響初期著色性。
現代量子化學指出:Zn原子有4P6個空能級,Al原子有3P5個空能級,Cd有5P6個空能級,Pb有6P4個空能級,Sn有5P4個空能級,這些元素的離子在外力作用下(熱、光、極性化合物誘導效應等)能形成SP雜化軌道,可以與相應的碳?(C?)結合不穩定氯原子(ClΘ)形成配位鍵,穩定劑的陰離子進而取代不穩定氯原子,預防PVC因分解HCl形成雙鍵,所以用這些原子為陽離的熱穩定劑初期著色相均較淺。
3.2 有機錫類長期熱穩定性原因
有機錫熱穩定劑在參加熱穩定化反應后生成的R2SnCl2仍有一定的熱穩定作用,這是因為:一方面錫是典型的金屬,它的烷基化物錫碳鍵是共價鍵,遠不如錫氯典型離子鍵穩定,另一方面二價錫不如四價錫穩定(事實上,二價錫在空氣中常溫就轉化為四價錫,所以在有HCl存在條件下R2SnCl2能繼續吸收HCl變成SnCl4)。