CN101932527B - 赋予树脂改进的耐热性的水滑石及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及部分脱水的水滑石，该部分脱水的水滑石通过在特定条件下热处理水滑石以使得其重量减少1.5至5％得到，该部分脱水的水滑石能赋予合成树脂改进的耐热性。

Description

赋予树脂改进的耐热性的水滑石及其制备方法
技术领域
本发明涉及能够赋予合成树脂改进的耐热性的水滑石及其制备方法。
背景技术
水滑石通常由化学式MII 1-xMIII x(OH)2(An-)x/n·(1-3x/2)H2O表示，其中MII为二价金属阳离子，MIII为三价金属阳离子，An-为n-价阴离子，x在0.20至0.33的范围内(参见J.Mater.Chem.，12：3191-3198，2002；和J.Therm.Anal.Cal.，84：473-478，2006)。
水滑石通常用作添加剂以改进多种合成树脂产品(如聚氯乙烯(PVC)和聚氨酯)的耐氯性和耐热性，已经公开了使用金属盐、金属氧化物、金属氢氧化物、尿素等等制备水滑石的多种制备方法(参见Kyowa Chemical Industry Co.的美国专利No.4,351,814，授权于1982.09.28；Aluminum Company of America的美国专利No.4,904,457，授权于1990.02.27；J.M.Huber Corporation的美国专利No.5,250,279，授权于1993.10.05；和Doobon Co.，Ltd.的韩国专利No.454273，授权于2004.10.14)。然而，当将其引入合成树脂时，由于在表面和层间存在水分子，通过这些方法制备的水滑石倾向于经历非所需的物理性质变化。该H2O分子可通过高温处理除去，但由于脱羟基作用也可发生结构形变(参见J.Therm.Anal.Cal.，84：473-478，2006)。
本发明人已发现水滑石添加剂的结晶水分子降低合成树脂的耐热性，并发现可制备具有最小量结晶水的结构稳定的水滑石。
发明内容
因此，本发明的目的之一是提供具有最小量结晶水的结构稳定的水滑石。
本发明的另一目的是提供本发明的水滑石的制备方法。
根据本发明的一个方面，这里提供如通式(I)所示的水滑石：
Mg1-xAlx(OH)2(An-)x/n·{(1-a)(1-3x/2)-a·z/18}H2O (I)
(其中，An-为选自CO3 2-、NO3-、SO4 2-、OH-、F-、Cl-、Br-或包含Si、P或B的含氧阴离子的阴离子；z为Mg1-xAlx(OH)2(An-)x/n的式量；x在0.20＜x≤0.33的范围内；a在0.015≤a≤0.05的范围内)。
根据本发明的另一方面，这里提供制备本发明的水滑石的方法，该方法包括在160至220℃的温度下处理如通式(II)所示的水滑石以使得如通式(II)所示的水滑石的重量减少1.5至5％。
Mg1-xAlx(OH)2(An-)x/n·(1-3x/2)H2O (II)
(其中，An-和x与通式(I)中定义的相同)。
本发明也提供合成树脂组合物，该组合物包括本发明的水滑石和用本发明的合成树脂组合物制备的产品。
根据本发明所述的如通式(I)所示的水滑石能通过加入合成树脂改进合成树脂的耐热性。
附图说明
通过本发明的下述描述与附图，将明确本发明的上述和其他目的和特征，其各自表明：
图1：实施例1中得到的分别在120、190和240℃热处理的水滑石的X-射线衍射(XRD)图；
图2：(Mg4Al2)(OH)12CO3·3H2O的热重-差热分析(TG-DTA)扫描；和
图3A-3C：包括在实施例2中得到的热处理的水滑石的PVC样品的颜色变化。
具体实施方式
根据本发明所述的如通式(I)所示的水滑石的特征在于：通过特定的热处理程序，除去相当于水滑石重量的约1.5至5％的部分结晶水分子。
本发明的水滑石的一个例子可如通式(Ia)所示，其中除去占水滑石重量的2％的结晶水：
Mg1-xAlx(OH)2(An-)x/n·{0.98(1-3x/2)-0.02·z/18}H2O (Ia)
(其中，An-、x和z与通式(I)中定义的相同)。
本发明的水滑石的另一个例子可如通式(Ib)所示，其中除去占水滑石重量的4％的结晶水：
Mg1-xAlx(OH)2(An-)x/n·{0.96(1-3x/2)-0.04·z/18}H2O (Ib)
(其中，An-、x和z与通式(I)中定义的相同)。
具有限定量的结晶水的根据本发明所述的如通式(I)所示的水滑石不经历结构形变，而仅仅由于结晶水的除去，引起晶格常数的变化(在c轴长度上的减少)。
如果所述重量损失在1.5％以下，除去的结晶水的量可能不足以为合成树脂提供改进的耐热性。如果所述重量损失在5％以上，水滑石可能经历配位至金属阳离子的氢氧根离子的脱羟基作用，以及进一步的结构形变，致使失去其中和能力。
在如通式(I)所示的水滑石中，An-优选为CO3 2-，a的值优选为0.02≤a≤0.04。亦即，在根据本发明所述的如通式(I)所示的水滑石中，除去的水分子的量优选在以初始的水滑石计2至4重量％的范围内。
根据本发明所述，如通式(I)所示的水滑石可通过在160至220℃，优选190至200℃范围内的温度下热处理如通式(II)所示的水滑石20至90分钟制得。
如果在160℃以下的温度热处理如通式(II)所示的水滑石，存在于层间的结晶水的除去可能达不到目标脱水水平。如果在220℃以上的温度下热处理如通式(II)所示的水滑石，该水滑石可能经历脱羟基作用和进一步的结构形变，导致耐氯性变差。因此，当不在上述条件下进行热处理时，难以提供具有稳定结构以及最小量结晶水的水滑石。
在本发明中热处理所采用的条件可随着构成水滑石的阴离子变化而变化。
在本发明中使用的如通式(II)所示的水滑石可通过常规方法制备，如共沉淀法和晶体生长水热法(hydrothermal method)。
根据本发明所述的如通式(I)所示的水滑石可用作制备合成树脂的添加剂。例如，如通式(I)所示的水滑石可改进合成树脂如PVC(聚氯乙烯)和聚氨酯的耐热性。
下述实施例旨在解释说明本发明，而不应将其解释为限制本发明的范围。
实施例
实施例1.水滑石的热处理
将分子式为(Mg4Al2)(OH)12CO3·3H2O的水滑石(Doobon Co.，Ltd.，韩国)放入电炉并在120℃、190℃、200℃或240℃的温度下热处理60分钟，以得到4种不同的部分脱水的水滑石。
在120℃、190℃、和240℃的温度下分别热处理的水滑石的X-射线衍射(XRD)图如图1所示。
在120℃、200℃、和240℃的温度下分别热处理的水滑石的晶格常数(，a轴和c轴的长度)如表1所示。
在0至600℃的温度范围内得到的(Mg4Al2)(OH)12CO3·3H2O的热重-差热分析(TG-DTA)扫描如图2所示。
表1
从表1和图1、2可知在120℃、190℃和200℃下热处理不引起任何水滑石的结构变化，但由于部分除去结晶水诱导了c轴长度的减少。因此，该热处理仅仅除去某些结晶水分子，而不影响层中的氢氧根离子。
然而240℃下的热处理诱导了脱羟基作用和水滑石的结构形变，致使得到部分氧化的水滑石。
实施例2.水滑石的热处理和含有热处理的水滑石的PVC的耐热性测量
将分子式为(Mg4Al2)(OH)12CO3·3H2O的水滑石(Doobon Co.，Ltd.，韩国)放入电炉并在下列条件下热处理，以得到多种部分脱水的水滑石：
i)在120℃热处理120分钟(min)，
ii)在190℃热处理10至100分钟(以10分钟的间隔)，
iii)在200℃热处理10至50分钟(以10分钟的间隔)，和
iv)在240℃热处理100分钟。
为评估每种水滑石对于树脂耐热性的效果，将100pbw(重量份)的PVC树脂(F.PolyLizer-120)与30.0pbw的DOP(邻苯二甲酸二辛酯)、0.2pbw的基于锌的稳定剂、0.05pbw的DBM(二溴甲烷)、20.0pbw的CaCO3和2.0pbw的上述得到的每种水滑石混合，在185℃下用辊将混合物捏合5分钟以得到0.5mm厚的片材。
将所得片材放在200℃的烘箱中，以10分钟的间隔测量其颜色变化80分钟。结果如图3A-3C所示(图3A：含有在190℃下以10分钟的间隔热处理10至100分钟的水滑石的PVC样品；图3B：含有在200℃下以10分钟的间隔热处理10至50分钟的水滑石的PVC样品；图3C：含有在120、190和240℃下热处理的水滑石的PVC样品，和不含热处理(HT)的PVC样品)
从图3A至3C可知，与其他样品相比，包括在190至200℃下热处理20至90分钟的本发明的水滑石的样品赋予树脂更好的耐热性。
虽然采用上述具体实施方式描述本发明，应当注意本领域技术人员可对本发明进行多种改进和变形，其也落在附加的权利要求所定义的本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种如下述通式(I)所示的水滑石：
Mg1-xAlx(OH)2(An-)x/n·{(1-a)(1-3x/2)-a·z/18}H2O (I)
其中，An-为选自CO3 2-、NO3-、SO4 2-、OH-、F-、Cl-、Br-或包含Si、P或B的含氧阴离子的阴离子；z为Mg1-xAlx(OH)2(An-)x/n的式量；x在0.20<x≤0.33的范围内；a在0.015≤a＜0.0352的范围内。
2.一种制备如权利要求1所述的水滑石的方法，该方法包括在160至220℃的温度下处理如通式(II)所示的水滑石，以使得如通式(II)所示的水滑石的重量减少了1.5％至小于3.52％：
Mg1-xAlx(OH)2(An-)x/n·(1-3x/2)H2O (II)
其中，An-和x与权利要求1中定义的相同。
3.如权利要求2所述的方法，其中在190至200℃范围内的温度下进行该热处理20至90分钟。
4.一种合成树脂组合物，其包括如权利要求1所述的水滑石。
5.如权利要求4所述的组合物，其中该合成树脂为聚氯乙烯。
6.一种用权利要求4所述的合成树脂组合物制备的产品。
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