JP6607549B2 - 微粒子ハイドロタルサイト、その製造方法、その樹脂組成物、及びその懸濁液 - Google Patents

微粒子ハイドロタルサイト、その製造方法、その樹脂組成物、及びその懸濁液 Download PDF

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Description

本発明は、従来のハイドロタルサイトとは異なるX線回折構造を有し、1次粒子の平均横幅が小さく、かつ1次粒子間の凝集が少ないハイドロタルサイト、その製造方法、その樹脂組成物、及びその懸濁液に関する。
ハイドロタルサイトは、共沈法で合成できる。共沈法で得られるハイドロタルサイトの1次粒子は平均横幅数10nmの微細な結晶であるが、これらの1次粒子は強く凝集しており、2次粒子は数μm〜数10μmと大きくなってしまうという問題があった。
そこで、1次粒子の平均横幅が200nm以下と小さく、かつ1次粒子間の凝集が少ないハイドロタルサイトの開発が種々行われてきた。しかし、いずれの方法も、反応直後は1次粒子が分散しているが、懸濁液として長期保存した際に1次粒子が徐々に凝集し、沈降してしまうという問題があった。さらに、懸濁液を脱水・乾燥させ粉体とした際に1次粒子が凝集してしまうという問題があった。
特許文献1では、共沈反応後に湿式粉砕を行うことで、平均2次粒子径5nm〜100nmのハイドロタルサイトが得られたとされている。実施例2では、湿式粉砕直後の懸濁液での平均2次粒子径が62nmであり、懸濁液を1日放置した後の平均2次粒子径が68nmであったと記載されている。しかし、本発明者らが追試により、反応後の懸濁液を10日放置した後の平均2次粒子径を測定したところ600nmとなっており、1次粒子の凝集が生じていた。また、1次粒子の凝集に伴い、2次粒子が沈降するという問題が生じていた。さらに、実施例2の反応直後の懸濁液を脱水し、真空乾燥させ、粉体とした際の平均2次粒子径は4.5μmであり、BET法比表面積は3.5m/gと低く、SEM観察では1次粒子の凝集が確認された。
特許文献2では、反応装置としてマイクロリアクター用い、平均2次粒子径1〜100nmのハイドロタルサイトが得られたとされている。しかし本発明者らが実施例1について追試したところ、反応直後の懸濁液での平均2次粒子径は約30nmであったが、10日間放置した後の平均2次粒子径は800nmであった。さらに、1次粒子の凝集も生じていた。この1次粒子の凝集に伴い、ハイドロタルサイトが沈降するという問題も生じていた。さらに、実施例1の反応直後の懸濁液を脱水し、真空乾燥させたところ、得られた粉体の平均2次粒子径は3.8μmであり、BET法比表面積は4.2m/gと低く、SEM観察では1次粒子の凝集が確認された。
特許文献3では、層間に乳酸を挿入したハイドロタルサイトを合成し、該ハイドロタルサイトを水洗浄、水懸濁、熟成させ、層間剥離をさせることで、コロイド状のハイドロタルサイト分散液を得たとされている。実施例1では、原料に乳酸マグネシウム、乳酸アルミニウム、乳酸、及び苛性ソーダを用い、沈殿して得られた反応物を水洗浄後、水に懸濁させ、数日間静置し、ハイドロタルサイトナノシートを分散質とする半透明なコロイド溶液を得たとされている。しかし、特許文献3において、反応に乳酸を用いる理由は、ハイドロタルサイトの層間剥離を狙ったものであり、本願の目的である1次粒子の分散性の向上及び微粒子化とは異なる。実施例1を追試し、得られたコロイド溶液を脱水し、乾燥後の粉体を分析したところ、SEM観察において1次粒子の凝集が確認された。さらに特許文献3には、ハイドロタルサイト粒子の粒子径、結晶歪、分散性及び懸濁安定性に関する言及がなく、本願で保護を求めるハイドロタルサイトの要件を満たすことは窺われない。
ハイドロタルサイトを懸濁液として使用する場合、長期間保存しても1次粒子が凝集せず、沈降が生じない、懸濁安定性を有するものが求められてきた。さらに、ハイドロタルサイトを粉体として使用する場合も、1次粒子間の凝集がなく、単分散に近いものが求められてきた。しかし、従来の方法では、これらの課題を満足するハイドロタルサイトは得られていなかった。
WO2013/147284 WO2013/147285 特開2011−174043
本発明の課題は、ハイドロタルサイトの1次粒子径を小さくしたときに生じる従来技術の問題である、(1)懸濁液として長期保存した際に1次粒子が凝集してしまうこと及び、(2)懸濁液を脱水・乾燥させ粉体とした際に1次粒子が凝集してしまうことの克服である。
本発明者らは、鋭意研究の結果、この2つの問題の原因は、ハイドロタルサイトの結晶子の格子歪によるものであると突き止めた。従来の方法で作製した1次粒子径が小さいハイドロタルサイトは、格子歪が大きく、X線回折法における<003>方向の格子歪は最小でも4×10−3であった。格子歪が大きければ、懸濁液として長期保存した際や、粉体にした際に、1次粒子が凝集しやすくなる。そこで本発明者らは、特定の条件下で反応させ、さらに熟成をさせることで、1次粒子径が小さく、かつ結晶歪が小さいハイドロタルサイトを製造できることを発見し、本発明に至った。
本発明は、上記課題を克服した、以下の(A)〜(C)を満たす下記式(1)で表されるハイドロタルサイトを提供する。
(M2+1−X(M3+(OH)(An−X/n・mHO (1)
(ただし、式中M2+は2価金属の少なくとも1種以上、M3+は3価金属の少なくとも1種以上、An−はn価のアニオン、nは1〜6の整数をそれぞれ示し、xおよびmはそれぞれ、0.17≦x≦0.36、0≦m≦10の範囲にある。)
(A)X線回折法による<003>方向の格子歪が3×10−3以下;
(B)SEM法による1次粒子の平均横幅が5nm以上200nm以下;
(C)下記式で表わされる単分散度が50%以上
単分散度(%)=(SEM法による1次粒子の平均横幅/動的光散乱法による2次粒子の平均横幅)×100
本発明のハイドロタルサイトの製造方法は、以下の4つの工程を含む。
(1)水溶性複合金属塩水溶液及び、アルカリ金属水酸化物水溶液を調製する原料調製工程。ただし、該水溶性複合金属塩水溶液は、2価金属塩、3価金属塩及び、3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩を含む。
(2)(1)で調製した水溶性複合金属塩水溶液とアルカリ金属水酸化物水溶液を、反応温度0〜60℃、反応pH8.5〜11.5で連続反応させ、ハイドロタルサイトを含む懸濁液を得る反応工程。
(3)(2)で得られたハイドロタルサイトを含む懸濁液を脱水後、水洗浄を行い、水及び/又は有機溶媒に懸濁させる洗浄工程。
(4)(3)で得られた洗浄後のハイドロタルサイトを含む懸濁液を、0〜100℃で1〜60時間攪拌保持する熟成工程。

反応時に3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩を錯形成剤として加え、3価金属の水酸化物としての沈殿pHを高め、2価金属の沈殿pHに近づけることにより、ハイドロタルサイトの格子歪を少なくし、1次粒子の凝集を防ぐことができる。さらに錯形成剤は、その分子の立体障害効果により、反応時のハイドロタルサイトの1次粒子の結晶成長を抑制するという効果も有する。熟成工程において、反応、水洗浄後のハイドロタルサイトを含む懸濁液を、0〜100℃で1〜60時間攪拌保持することで、1次粒子の分散性をさらに高めることができる。
本発明のハイドロタルサイトは、塩化ビニル樹脂の熱安定剤、ポリオレフィン重合触媒残渣の中和剤、ハロゲン含有ゴムの受酸剤、農業用フィルムの保温剤等の種々の用途に使用できる。特に、ハイドロタルサイトを含有した懸濁液は液状の制酸剤や熱安定剤として好適に使用できる。本発明のハイドロタルサイトは、従来よりも陰イオン交換能力が大幅に向上しているため、同配合量では従来よりも優れた安定剤、中和剤、受酸剤としての効果を発揮し、少ない配合量で従来と同等の性能を発揮できる。また、樹脂に配合した際、同量の従来のハイドロタルサイトと比較し、透明性が高くなる。
本発明のハイドロタルサイトの1次粒子について、横幅を説明する模式図である。 本発明のハイドロタルサイトの2次粒子について、横幅を説明する模式図である。 実施例4のサンプル4のハイドロタルサイトの10,000倍のSEM写真である。 実施例4のサンプル4のハイドロタルサイトの100,000倍のSEM写真である。 比較例2のサンプル15のハイドロタルサイトの10,000倍のSEM写真である。 比較例2のサンプル15のハイドロタルサイトの100,000倍のSEM写真である。 比較例6のサンプル19のハイドロタルサイトの10,000倍のSEM写真である。 比較例6のサンプル19のハイドロタルサイトの100,000倍のSEM写真である。
以下、本発明について具体的に説明する。
<ハイドロタルサイト>
本発明のハイドロタルサイトの、化学式、金属の種類、xの範囲(2価金属と3価金属の存在比)、mの範囲、層間アニオンの種類、<003>方向の格子歪、1次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積及び表面処理は以下の通りである。
(化学式)
本発明のハイドロタルサイトは、以下の式(1)で表される。
(M2+1−X(M3+(OH)(An−X/n・mHO (1)
(ただし、式中M2+は2価金属の少なくとも1種以上、M3+は3価金属の少なくとも1種以上、An−はn価のアニオン、nは1〜6の整数をそれぞれ示し、xおよびmはそれぞれ、0.17≦x≦0.36、0≦m≦10の範囲にある。)
(金属の種類)
式(1)で表されるハイドロタルサイトにおいて、M2+は2価金属の少なくとも1種以上、M3+は3価金属の少なくとも1種以上である。好ましい2価金属はMg及びZnからなる群より選ばれる1種以上であり、好ましい3価金属はAlである。これは、生体への安全性が高く、かつ粒子が白色で用途が広いためである。
(xの範囲)
式(1)で表されるハイドロタルサイトにおいて、xの範囲は0.17≦x≦0.36であり、好ましくは0.19≦x≦0.34である。xが0.36を超えるとベーマイトが副生し、逆に0.17より小さくなると水酸化マグネシウムが副生し、いずれも樹脂に配合した際に透明性低下の原因となる。
(mの範囲)
式(1)で表されるハイドロタルサイトにおいて、mの範囲は0≦m≦10であり、好ましくは0≦m≦6である。
ハイドロタルサイトは昇温していくと約180〜230℃付近で結晶水の脱離を起こす。そのため、ハイドロタルサイトを合成樹脂に配合する用途において、混錬や架橋等の処理温度が200℃以上となる場合には、mの範囲が0≦m≦0.05であることが好ましい。なぜなら、mをこの範囲にすれば、結晶水の脱離による樹脂の発泡、シルバーストリークなどの問題を防ぐことができるからである。
(層間アニオンの種類)
式(1)で表されるハイドロタルサイトにおいて、An−はn価のアニオン、nは1〜6の整数をそれぞれ示し、好ましいAn−はCO 2−及びClO から選ばれる1種以上である。
(<003>方向の格子歪)
本発明のハイドロタルサイトにおいて、X線回折法における<003>方向の格子歪は3×10−3以下であり、好ましくは2.5×10−3以下、さらに好ましくは2×10−3以下である。<003>方向の格子歪が3×10−3より大きければ、粉体にした際や、懸濁液として長期保存した際に、1次粒子が凝集しやすくなる。
(1次粒子の定義)
1次粒子とは、幾何学的にこれ以上分割できない明確な境界を持った粒子である。図1は、本発明で用いた1次粒子の横幅(W)を説明する模式図である。図1に示すように、1次粒子の横幅Wを規定する。すなわち、1次粒子が六角板状の板面としたときの粒子の長径が「1次粒子の横幅W」である。
(2次粒子の定義)
2次粒子とは、1次粒子が複数個集まり、凝集体となった粒子である。図2は、本発明で用いた2次粒子と2次粒子の横幅(W)を説明する模式図である。図2に示すように、2次粒子の横幅Wを規定する。すなわち、2次粒子が球体に包まれると考えたときの球体の直径が「2次粒子の横幅W」である。
(1次粒子の平均横幅)
本発明のハイドロタルサイトにおいて、SEM法による1次粒子の平均横幅は5nm以上200nm以下であり、好ましくは5nm以上150nm以下、さらに好ましくは5nm以上100nm以下、さらに好ましくは5nm以上80nm以下、さらに好ましくは5nm以上60nm以下、最も好ましくは5nm以上50nm以下である。1次粒子の平均横幅は、SEM法によりSEM写真中の任意の100個の結晶の横幅の測定値の算術平均から求める。1次粒子の横幅は、原理上レーザー回折法では測定することができない。したがって、SEM法により目視で確認する。
(単分散度)
本発明のハイドロタルサイトにおいて、下記式で表わされる単分散度は50%以上であり、好ましくは80%以上である。2次粒子の横幅は、動的光散乱法により測定する。SEM法では、2次粒子の横幅を正確に測定することが困難なためである。

単分散度(%)=(SEM法よる1次粒子の平均横幅/動的光散乱法による2次粒子の平均横幅)×100
(BET法比表面積)
本発明のハイドロタルサイトにおいて、BET法比表面積は20〜600m/gであり、好ましくは30〜500m/g、さらに好ましくは40〜400m/gである。BET法比表面積が20m/g未満では、粉体状態の1次粒子の分散が十分ではない。600m/gを超えれば、粉体の嵩が高くなり、合成樹脂と混錬する場合などにおけるハンドリング性が悪くなる。
(表面処理)
本発明のハイドロタルサイトにおいて、樹脂中での分散性を改善するため、粒子を表面処理することが望ましい。表面処理剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、リン酸エステル類処理剤、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、シリコーン系処理剤、ケイ酸及び水ガラス等を例示することができるが、この限りではない。特に好ましい表面処理剤は、オレイン酸、ステアリン酸、オクタン酸及びオクチル酸からなる群より選ばれる1種以上である。表面処理剤の量は、ハイドロタルサイトの重量に対して、0.01〜20重量%、好ましくは0.1〜15重量%である。
<樹脂組成物>
本発明の樹脂組成物は、100重量部の樹脂に対して、0.1〜250重量部の本発明のハイドロタルサイトを含有する。ハイドロタルサイトの配合量は、より好ましくは100重量部の樹脂に対して1〜200重量部である。
樹脂と本発明のハイドロタルサイトとの混合、混練方法には特別の制約はないが、両者を均一に混合できる方法が好ましい。例えば、1軸又は2軸押出機、ロール、バンバリーミキサー等により混合、混練される。成形方法にも特別の制約はなく、樹脂及びゴムの種類、所望成形品の種類等に応じて、公知の成形手段を任意に採用できる。例えば射出成形、押出成形、ブロー成形、プレス成形、回転成形カレンダー成形、シートフォーミング成形、トランスファー成形、積層成形、真空成形等である。
本発明で用いる樹脂とは、樹脂及び又はゴムを意味し、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリ臭化ビニル、ポリフツ化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、臭素化ポリエチレン、塩化ゴム、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−エチレン共重合体、塩化ビニル−プロピレン共重合体、塩化ビニル−スチレン共重合体、塩化ビニル−イソブチレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−スチレン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−ブタジエン共重合体、塩化ビニル−塩素化プロピレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン−酢酸ビニル三元共重合体、塩化ビニル−マレイン酸エステル共重合体、塩化ビニル−メタクリル酸共重合体、塩化ビニル−メタクリル酸エステル共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、内部可塑化ポリ塩化ビニル等の含ハロゲン樹脂が挙げられる。また、ポリエチレン、エチレンと他のα−オレフィンとの共重合体、エチレンと酢酸ビニルとの共重合体、エチレンとアクリル酸エーテルとの共重合体、エチレンとアクリル酸メチルとの共重合体、ポリプロピレン、プロピレンと他のα−オレフィンとの共重合体、ポリブテン−1、ポリ4−メチルペンテン−1、ポリスチレン、スチレンとアクリロニトリルとの共重合体、エチレンとプロピレンジエンゴムとの共重合体、エチレンとブタジエンとの共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリ乳酸、ポリビニルアルコール、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ABS、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。さらに、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキッド樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。また、EPDM、SBR、NBR、ブチルゴム、クロロプレンゴム、イソプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、シリコンゴム、フッ素ゴム、塩素化ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、エピクロルヒドリンゴム等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、ハイドロタルサイト以外に、他の添加剤、例えば酸化防止剤、タルク等の補強剤、紫外線吸収剤、滑剤、微粒シリカ等の艶消し剤、カーボンブラック等の顔料、臭素系難燃剤やリン酸エステル系難燃剤等の難燃剤を適宜選択して配合することができる。また、スズ酸亜鉛、スズ酸アルカリ金属塩、炭素粉末等の難燃助剤、炭酸カルシウム等の充填剤を適宜選択して配合することができる。これら添加剤の好ましい配合量は、樹脂100重量部に対し、0.01〜5重量部の酸化防止剤、0.1〜50重量部の補強剤、0.01〜5重量部の紫外線吸収剤、0.1〜5重量部の滑剤、0.01〜5重量部の艶消し剤、0.01〜5重量部の顔料、0.1〜50重量部の難燃剤、0.01〜10重量部の難燃助剤、1〜50重量部の充填剤である。
<成形体>
本発明は、上記樹脂組成物よりなる成形体を包含する。
<懸濁液>
本発明の懸濁液は、溶媒が水及び/又は有機溶媒であり、ハイドロタルサイトの濃度は0.1〜300g/Lである。ハイドロタルサイトの濃度は、好ましくは0.5〜250g/L、より好ましくは1〜200g/Lである。
本発明で用いる有機溶媒として、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ノルマルヘキサン、イソヘキサン、ノルマルヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、メタノール、エタノール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルブタノール、イソブタノール、オクタノール、モノエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、イソ酢酸ブチル、酢酸アミル、酢酸メチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン、ダイアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジクロロメタン、トリクレン、パークレン、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ガンマブチルラクトン、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジブチル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソノニル、トリメリット酸トリオクチル、リン酸トリクレシル、アセチルクエン酸トリブチル、エポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル、マレイン酸エステル、安息香酸エステル等が挙げられるが、この限りではない。
<ハイドロタルサイトの製造方法>
本発明のハイドロタルサイトの製造方法は、以下の4つの工程を含む。
(1)水溶性複合金属塩水溶液及び、アルカリ金属水酸化物水溶液を調製する原料調製工程。ただし、該水溶性複合金属塩水溶液は、2価金属塩、3価金属塩及び、3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩を含む。
(2))(1)で調製した水溶性複合金属塩水溶液とアルカリ金属水酸化物水溶液を、反応温度0〜60℃、反応pH8.5〜11.5で連続反応させ、ハイドロタルサイトを含む懸濁液を得る反応工程。
(3)(2)で得られたハイドロタルサイトを含む懸濁液を脱水後、水洗浄を行い、水及び/又は有機溶媒に懸濁させる洗浄工程。
(4)(3)で得られた洗浄後のハイドロタルサイトを含む懸濁液を、0〜100℃で1〜60時間攪拌保持する熟成工程。
(原料調製工程)
本発明のハイドロタルサイトの原料は、2価金属塩、3価金属塩、3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩及び、アルカリ金属水酸化物塩である。2価金属塩としては、水溶性の2価金属塩、例えば塩化マグネシウム、臭化マグネシウム、硝酸マグネシウム、酢酸マグネシウム、塩化亜鉛、臭化亜鉛、硝酸亜鉛、酢酸亜鉛等が挙げられるが、この限りではない。1次粒子の凝集を防ぐため、好ましくは、1価のアニオンを含む2価金属塩が用いられる。2種以上の2価の金属塩を組み合わせることもできる。好ましくは、塩化マグネシウム及び/又は塩化亜鉛が用いられる。3価金属塩としては、水溶性の3価金属塩、例えば塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、硝酸アルミニウム、酢酸アルミニウムが挙げられるが、この限りではない。1次粒子の凝集を防ぐため、好ましくは1価のアニオンを含む3価の金属塩が用いられる。2種以上の3価の金属塩を組み合わせることもできる。好ましくは塩化アルミニウムが用いられる。
一般に、3価金属イオンの水酸化物としての沈殿pHは、2価金属の沈殿pHに比べて低い。そのため、pH調整剤によって反応時のpHを一定に保っても、3価イオンが先に水酸化物として沈殿してしまう。2価金属と3価金属の沈殿pHの差から、結晶歪が生まれ、ハイドロタルサイト1次粒子の凝集が生じる。
そこで、1価の有機酸及び/又は有機酸塩を錯形成剤として用い、3価金属と錯体を組ませることで、3価金属イオンの水酸化物としての沈殿pHを高め、2価金属の沈殿pHに近づけることで、結晶歪の少ないハイドロタルサイトを得ることができる。錯形成剤は、その分子の立体障害効果により、ハイドロタルサイトの1次粒子の結晶成長を抑制するという効果も有する。3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩としては、例えば、乳酸、乳酸ナトリウム、ギ酸、ギ酸ナトリウム、酢酸、酢酸ナトリウム、プロピオン酸及びプロピオン酸ナトリウムが挙げられるが、この限りではない。2種以上の有機酸及び有機酸塩を組み合わせることもできる。好ましくは、乳酸、乳酸ナトリウム、酢酸及び酢酸ナトリウムが用いられる。アルカリ金属水酸化物塩としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムが挙げられるが、この限りではない。
2価金属塩、3価金属塩及び、3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩を水溶媒に溶解させ、水溶性複合金属塩水溶液を作製する。水溶性複合金属塩水溶液中の、2価金属の濃度は0.01〜2mol/Lであり、好ましくは0.1〜1.5mol/Lである。3価金属の濃度は0.01〜2mol/Lであり、好ましくは0.1〜1.5mol/Lである。アルカリ金属水酸化物の濃度は0.01〜4mol/Lであり、好ましくは0.1〜2mol/Lである。2価金属、3価金属の比率は、1.78≦M2+/M3+≦4.88であり、好ましくは1.94≦M2+/M3+≦4.26である。3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩の添加量は、3価金属に対し、0.1〜2.2当量であり、好ましくは0.3〜2当量である。0.1当量未満では、ハイドロタルサイトの1次粒子が200nm以上になってしまうため好ましくない。2.2当量より多いと、ハイドロタルサイトの層間に錯形成剤由来の陰イオンが入り、膨潤作用により懸濁液がゲル化してしまうため好ましくない。
(反応工程)
本発明のハイドロタルサイトは、連続反応で作製することができる。バッチ反応に比べ溶液中でのイオン濃度とpHを均一に保つことできるため、格子歪の少ないハイドロタルサイトが作製でき、かつバッチ反応に比べて製造効率が良い。
反応時の濃度は、ハイドロタルサイト換算で0.1〜300g/Lであり、好ましくは0.5〜250g/L、さらに好ましくは1〜200g/Lである。反応時の濃度が0.1g/Lより低い場合は生産性が低く、300g/Lより高い場合は1次粒子が凝集するため好ましくない。反応時の温度は、0〜60℃であり、好ましくは10〜50℃、さらに好ましくは20〜40℃である。反応時の温度が0℃より低い場合は懸濁液が凍ってしまうため好ましくなく、60℃より高い場合は1次粒子が200nm以上になってしまうため好ましくない。反応時のpHは、8.5〜11.5であり、好ましくは8.8〜11.0、さらに好ましくは9.1〜10.5である。反応時のpHが8.5より低い場合は、ハイドロタルサイトの格子歪が大きくなり、単分散度が下がるので好ましくなく、11.5より高い場合は熟成後のハイドロタルサイトの1次粒子が200nm以上となるので好ましくない。
(洗浄工程)
反応工程で作製したハイドロタルサイトを含む懸濁液を、脱水した後、ハイドロタルサイトの20〜30倍の重量の脱イオン水で水洗浄し、水及び/又は有機溶媒に再懸濁させる。この工程を経ることによって、ナトリウム等の塩類を取り除き、熟成工程の際の1次粒子の凝集を防ぐことができる。
洗浄工程内で、脱水後、水洗浄の前に任意のアニオンでイオン交換を行うことができる。イオン交換の方法は2つある。1つ目は、反応後のハイドロタルサイトを含む懸濁液を脱水し、ケーキにした後、水及び/又はアルコールに分散させ、アニオン含有水溶液を添加し、撹拌保持する方法である。このとき、アニオンの当量は、ハイドロタルサイトに対して1〜5当量、より好ましくは1.5〜3当量である。撹拌保持の温度は、好ましくは30〜90℃、より好ましくは50〜80℃である。ハイドロタルサイトの濃度は、ハイドロタルサイト換算で、好ましくは0.1〜300g/L、より好ましくは0.5〜250g/L、さらに好ましくは1〜200g/Lである。
2つ目のイオン交換の方法は、反応後のハイドロタルサイトを含む懸濁液を脱水し、ケーキにした後、アニオン含有水溶液を直接添加する方法である。このとき、アニオンの添加量は、ハイドロタルサイトに対して1〜5当量、好ましくは1.5〜3当量である。
(熟成工程)
洗浄工程で作製したハイドロタルサイトを含んだ懸濁液を、1〜60時間、0〜100℃で、攪拌保持する。この工程を経ることにより、1次粒子の凝集を緩和し、1次粒子が十分に分散した懸濁液を得ることができる。熟成時間が1時間未満では、1次粒子の凝集を緩和するための時間として十分ではない。60時間より長く熟成しても、凝集状態に変化がないため意味をなさない。好ましい熟成時間は2〜30時間であり、さらに好ましくは4〜24時間である。熟成温度が100℃より高ければ、1次粒子が200nmを超えてしまうため好ましくない。熟成温度が0℃未満では、懸濁液が凍ってしまうため好ましくない。好ましい熟成温度は20〜90℃であり、さらに好ましくは40〜80℃である。熟成時の濃度はハイドロタルサイト換算で0.1〜300g/Lであり、好ましくは0.5〜250g/L、さらに好ましくは1〜200g/Lである。熟成時の濃度が0.1g/Lより低い場合は生産性が低く、300g/Lより高い場合は1次粒子が凝集するため好ましくない。
(表面処理工程)
熟成工程後、ハイドロタルサイト粒子を表面処理することで、懸濁液及び、樹脂に添加、混練、分散する場合の、樹脂中での1次粒子の凝集を防止できる。表面処理は、湿式法又は乾式法を用いることができる。処理の均一性を考慮した場合、湿式法が好適に用いられる。熟成工程後の懸濁液を温調し、撹拌下に溶解させた表面処理剤を添加する。表面処理時の温度は表面処理剤が溶解する温度に適宜調整する。
表面処理剤としては、例えばアニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、リン酸エステル系処理剤、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、シリコーン系処理剤、ケイ酸ナトリウム等から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。特に好ましい表面処理剤は、オレイン酸、ステアリン酸、オクタン酸及びオクチル酸からなる群より選ばれる1種以上である。表面処理剤の量は、ハイドロタルサイトの重量に対して、0.01〜20重量%、好ましくは0.1〜15重量%である。
(懸濁・乾燥工程)
表面処理後の懸濁液を脱水し、固形分に対して20〜30倍の重量の脱イオン水にて水洗浄をする。
ハイドロタルサイトを懸濁液とする場合は、水及び/又は有機溶媒に対し、水洗浄後のハイドロタルサイトを懸濁させる。ハイドロタルサイトの濃度は0.1〜300g/Lであり、好ましくは0.5〜250g/L、より好ましくは1〜200g/Lである。懸濁方法は、溶媒に対して粒子を均一に懸濁できるものであれば、特に制約はない。有機溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、ノルマルヘキサン、イソヘキサン、ノルマルヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、メタノール、エタノール、ノルマルプロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ノルマルブタノール、イソブタノール、オクタノール、モノエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、酢酸エチル、酢酸ブチル、イソ酢酸ブチル、酢酸アミル、酢酸メチル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン、ダイアセトンアルコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジクロロメタン、トリクレン、パークレン、テトラヒドロフラン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ガンマブチルラクトン、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル、フタル酸ジブチル、アジピン酸ジオクチル、アジピン酸ジイソノニル、トリメリット酸トリオクチル、リン酸トリクレシル、アセチルクエン酸トリブチル、エポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油、セバシン酸エステル、アゼライン酸エステル、マレイン酸エステル、安息香酸エステル等が挙げられるが、この限りではない。
ハイドロタルサイトを粉末状とする場合は、水洗浄後、乾燥させ、本発明のハイドロタルサイトを得る。乾燥方法は、熱風乾燥、真空乾燥等を用いることができるが、特に制限されるものではない。水を媒介とした1次粒子間の凝集を防ぐため、好ましくは真空乾燥が用いられる。
本発明のハイドロタルサイトにおいて、mの範囲を0≦m≦0.05とする場合、乾燥温度は120〜350℃で、保持時間は1〜24時間が好ましい。この処理により、ハイドロタルサイトの結晶水を取り除き、mの範囲を0≦m≦0.05とすることができる。好ましい乾燥温度は130〜340℃、より好ましくは140〜330℃である。好ましい乾燥時間は1.5〜22時間であり、より好ましくは2〜20時間である。
以下実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。実施例において、各物性は以下の方法で測定した。
(a)<003>方向の結晶歪
次の関係式により、横軸に(sinθ/λ)、縦軸に(βcosθ/λ)をプロットし、切片の逆数から結晶粒子径(g)と、勾配に(1/2)を乗じて結晶歪(η)を求める。
(βcosθ/λ)=(1/g)+2η×(sinθ/λ)
(ただし、λは使用したX線の波長を表し、Cu−Kα線で1.542Åである。θはブラッグ角、βは真の半値幅(単位:ラジアン)を表す。)
上記βは以下の方法により求める。
X線回折装置(Empyrean、パナリティカル製)を用い、(003)面と(006)面の回折プロファイルを、X線源として45KV、40mAの条件で発生させたCu−Kα線を用いて測定する。測定条件はゴニオスピードで10°/min、スリット幅を、ダイバージェンススリット、レシービングスリット、スキャタリングスリットの順で、(003)面については、1°―0.3mm―1°、(006)面については2°―0.3mm−2°の条件で測定する。得られたプロファイルにつき、バックグラウンドから回折ピークまでの高さの(1/2)における幅(B)を測定する。2θに対するKα1、Kα2のスプリット幅(δ)の関係から、(003)面、(006)面の2θに対するδを読み取る。次いで、上記B及びδの値に基づいて、(δ/B)と(B/B)の関係からBを求める。続いて、高純度シリコン(純度99.999%)について、スリット幅(1/2)°―0.3mm−(1/2)°で各回折プロファイルを測定し、半値幅(b)を求める。これを2θに対してプロットし、bと2θの関係を示すグラフを作成する。(003)面、(006)面の2θに相当するbから(b/β)を求める。(b/B)と(β/B)の関係から、βを求める。
(b)1次粒子の平均横幅
エタノールにサンプルを加え、超音波処理を5分間行った後、走査型電子顕微鏡(SEM)(JSM−7600F、日本電子製)を用い、任意の100個の結晶の1次粒子の横幅を測定し、その算術平均をもって1次粒子の平均横幅とした。
(c)2次粒子の平均横幅
エタノールにサンプルを加え、超音波処理を5分間行った後、動的光散乱法粒度測定機(ELSZ−2、大塚電子製)を用いて粒度分布を測定し、その個数平均径をもって、2次粒子の平均横幅とした。
(d)単分散度
以下の式に基づいて、(b)及び(c)の値から算出した。
単分散度(%)=(SEM法よる1次粒子の平均横幅/動的光散乱法による2次粒子の平均横幅)×100
(e)BET法比表面積
比表面積の測定装置(NOVA2000、ユアサアイオニクス製)を使用して、ガス吸着法により乾燥後のサンプルの比表面積を測定した。
(f)化学組成の定量
サンプルを硝酸に加熱・溶解させた後、Mg、Zn、Alはキレート滴定にて、Clはフォルハルト法滴定にて定量した。COはJIS.R.9101に基づき、AGK式CO簡易精密定量装置にて定量した。層間水は、TG−DTAを用い重量減少から算出した。
(g)表面処理量の定量
サンプルのオレイン酸及びステアリン酸処理量は、エーテル抽出法にて定量した。
(h)塩化ビニル樹脂における熱安定性試験
サンプルをポリ塩化ビニル樹脂に下記配合比で配合し、熱安定性を評価した。
ポリ塩化ビニル(重合度1300):100部
DOP:50部
サンプル:1.6部
ステアリン酸亜鉛:0.4部
上記配合物を8インチロールで170℃、5分間混練し、厚さ0.7mmの試験用ロールシートを作成した。得られたロールシートを、縦横4cmの試験片とし、ステンレス板上に乗せ、ギヤオーブンにて開放度60%、190℃で熱安定性試験を実施した。熱安定性は、黒化または黒点発生までの時間(分)で評価した。黒点発生までの時間が長い方が、熱安定性に優れる。
(i)塩化ビニル樹脂における透明性試験
(h)で作製したロールシートを、縦横4cmに切り取り、3枚重ね、厚さ2mmの型枠に入れ、上下からステンレス板で挟み、プレス機にて、200℃10分、100MPaでプレスし、試験片を作製した。作製した試験片のヘーズ(曇り度)を、JIS.K.7136に基づき、ヘーズメーター(オートマチックヘーズメーターTC−H3DP、東京電色製)で測定し、透明性を評価した。ヘーズが低い方が、透明性に優れる。
(j)懸濁安定性試験
イソプロピルアルコール1Lに対し、表面処理及び水洗浄後のハイドロタルサイトを、固形分として10gを添加し、ホモジナイザーで6000rpm、20分間攪拌し、懸濁液を作製した。懸濁液を1Lの沈降管に移し、その状態で10日間静置した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、それぞれの2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。2次粒子の平均横幅については、懸濁液に対して超音波処理を5分間行った後、動的光散乱法粒度測定機(ELSZ−2、大塚電子製)を用いて粒度分布を測定し、その個数平均径をもって、2次粒子の平均横幅とした。また、1日後、10日後の沈降状態を目視で確認し、水層と粒子を含有する層が完全に分離している場合は×、層の分離が確認できない場合は○として評価した。
(原料調製工程)
塩化マグネシウム6水和物(和光純薬)と塩化アルミニウム6水和物(和光純薬)を脱イオン水に溶解させ、マグネシウム0.2mol/L、アルミニウム0.1mol/Lの水溶液を得た。この水溶液に対し、アルミニウムに対して1.75当量の乳酸ナトリウム(キシダ化学)を添加し、水溶性複合金属塩水溶液とした。一方、水酸化ナトリウム(和光純薬)を0.8mol/Lとなるよう脱イオン水に溶解させ、アルカリ金属水酸化物水溶液とした。
(反応工程)
水溶性複合金属塩水溶液の流量を120mL/min、アルカリ金属水酸化物水溶液の流量を95mL/minに設定し、オーバーフロー容量215mLの円柱状の反応槽にそれぞれを注加し、連続的に反応を行った。オーバーフローとして反応槽から溢れ出た懸濁液を採取し、pHが9.3〜9.6となるよう、アルカリ金属水酸化物水溶液の流量を調整した。なお反応中は、反応温度が25℃となるよう原料と反応槽を温度調整した。また、反応中は直径2.5cmのスクリュープロペラを用い、回転速度1000rpmで撹拌を行った。
(洗浄工程)
円形ヌッチェと吸引濾過瓶を用い、懸濁液を吸引濾過にて脱水し、ケーキとした。次に、ケーキに含まれるハイドロタルサイトのアルミニウムに対して1.5当量の炭酸ナトリウム水溶液をケーキに注加し、イオン交換を行った。次に、ハイドロタルサイトの30質量倍の脱イオン水を用い、塩類などの副生成物及び残留炭酸ナトリウム等の不純物を除去する目的で、イオン交換後ケーキの水洗浄を行った。
(熟成工程)
水洗浄後のケーキを脱イオン水に再懸濁させた。再懸濁はホモミキサーを用い、回転数4000rpmで20分間行った。再懸濁した懸濁液に脱イオン水を注加し、50g/Lに濃度調整した。濃度調整後の懸濁液を恒温槽にて60℃に保ち、24時間の熟成処理を行った。
(表面処理工程)
オレイン酸(和光純薬製)に、1mol/Lの水酸化ナトリウム(和光純薬製)水溶液をオレイン酸に対し1当量加え、オレイン酸ナトリウム水溶液を得た。脱イオン水を用い、オレイン酸ナトリウム水溶液を、オレイン酸濃度が5g/Lとなるように濃度調整した。
熟成処理後の懸濁液を10g/Lに濃度調整した後、恒温槽を用いて60℃に温度調整し、10wt%となる量のオレイン酸ナトリウム水溶液を注加した。オレイン酸ナトリウム水溶液注加後、60℃、30分攪拌保持した。
(乾燥工程)
表面処理後、室温まで冷却した懸濁液を円形ヌッチェと吸引濾過瓶を用い脱水し、ケーキとした。表面処理後のケーキに含まれる残留塩類などの不純物を除去するため、反応物固形分量の20倍の脱イオン水を用い、水洗浄を行った。
水洗浄後のケーキをステンレス製バットにとり、真空乾燥器内で40℃、真空ポンプで真空度30cmHgの状態に保ちながら、一晩放置し、サンプル1を得た。実施例1の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の原料調製工程において、塩化マグネシウム6水和物(和光純薬)と塩化アルミニウム6水和物(和光純薬)に加え、塩化亜鉛(和光純薬)を脱イオン水に溶解させ、マグネシウム0.15mol/L、亜鉛0.05mоl/L、アルミニウム0.1mol/Lの水溶液を得た。この水溶液に対し、アルミニウムに対して1.75当量の乳酸ナトリウム(キシダ化学)を添加し、水溶性複合金属塩水溶液とした。一方、水酸化ナトリウム(和光純薬)を0.8mol/Lとなるよう脱イオン水に溶解させ、アルカリ金属水酸化物水溶液とした。それ以降の工程は同様にしてサンプルを作製し、サンプル2を得た。実施例2の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の原料調製工程において、原料の濃度をマグネシウム0.3mol/L、アルミニウム0.1mol/Lになるように調整したこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル3を得た。実施例3の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の原料調製工程において、原料の濃度をマグネシウム1mol/L、アルミニウム0.5mol/L、水酸化ナトリウム4.0mol/Lになるように調整したこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル4を得た。実施例4の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。サンプル4の10,000倍のSEM写真を図3に、100,000倍のSEM写真を図4に示す。
実施例1の原料調整工程において、アルミニウムに対して0.5当量の乳酸ナトリウム(キシダ化学製)を添加したこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル5を得た。実施例5の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の反応工程において、反応pHが10.5〜10.8となるよう、アルカリ金属水酸化物水溶液の流量を調整したこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル6を得た。実施例6の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の熟成工程において、熟成温度を90℃としたこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル7を得た。実施例7の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の反応工程において、反応温度を45℃としたこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル8を得た。実施例8の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の反応工程において、反応温度を45℃とし、熟成工程において、熟成温度を90℃とした以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル9を得た。実施例9の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の洗浄工程において、ケーキに含まれるハイドロタルサイトのアルミニウムに対して1.5当量の過塩素酸ナトリウム水溶液をケーキに注加し、イオン交換を行ったこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル10を得た。実施例10の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の熟成工程において、熟成時間を1.5時間としたこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル11を得た。実施例11の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の表面処理工程において、80℃の温調下、ステアリン酸(和光純薬製)に、1mol/Lの水酸化ナトリウム(和光純薬製)水溶液をステアリン酸に対し1当量加え、ステアリン酸ナトリウム水溶液を得た。80℃に温調した脱イオン水を用い、ステアリン酸ナトリウム水溶液を、ステアリン酸濃度が5g/Lとなるように濃度調整した。
熟成処理後の懸濁液を10g/Lに濃度調整した後、恒温槽を用いて80℃に温調した。ジェットアジターでの攪拌下、ステアリン酸としてハイドロタルサイトに対して10wt%となる量のステアリン酸ナトリウム水溶液を、懸濁液に対して3mL/Lの流量で注加した。ステアリン酸ナトリウム水溶液注加後、80℃、30分攪拌保持した。それ以外の工程は同様にして、サンプル12を得た。実施例12の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1のサンプル1を熱風乾燥器に入れ、200℃で12時間乾燥させ、サンプル13を得た。実施例13の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
(比較例1)
実施例1の原料調製工程において、乳酸ナトリウムを加えないこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル14を得た。比較例1の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
実施例1の反応工程において、反応温度を75℃としたこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル15を得た。比較例2の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。サンプル15の10,000倍のSEM写真を図5に、100,000倍のSEM写真を図6に示す。
(比較例3)
実施例1の反応工程において、反応pHを8.0〜8.3としたこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル16を得た。比較例3の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
(比較例4)
実施例1の反応工程において、反応pHを11.7〜12.0としたこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル17を得た。比較例4の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
(比較例5)
実施例1の熟成工程において、オートクレーブを用いて120℃、24時間で熟成させたこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル18を得た。比較例5の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。
(比較例6)
実施例1の熟成工程において、熟成をなくしたこと以外は同様にしてサンプルを作製し、サンプル19を得た。比較例6の実験条件を表1に、化学組成、<003>方向の結晶歪、1次粒子の平均横幅、2次粒子の平均横幅、単分散度、BET法比表面積、表面処理量を、表2に示す。サンプル19の10,000倍のSEM写真を図7に、100,000倍のSEM写真を図8に示す。
Figure 0006607549
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表1及び2より、実施例1〜13のハイドロタルサイトは、X線回折法による<003>方向の格子歪が3×10−3以下かつ、SEM法による1次粒子の平均横幅が200nm以下かつ、単分散度が50%以上であることが分かる。対して、比較例1〜6のハイドロタルサイトは、1次粒子が200nmより大きいか、単分散度が50%未満となっている。
実施例1で得られたサンプル1を、ポリ塩化ビニル樹脂に下記配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。
ポリ塩化ビニル(重合度1300):100部
DOP(フタル酸ジオクチル):50部
サンプル:1.6部
ステアリン酸亜鉛:0.4部
上記配合物を8インチロールで170℃、5分間混練し、厚さ0.7mmの試験用ロールシートを作成した。得られたロールシートを、縦横4cmの試験片とし、ステンレス板上に乗せ、ギヤオーブンにて開放度60%、190℃で熱安定性試験を実施した。熱安定性は、黒化または黒点発生までの時間(分)で評価した。
上記ロールシートを、縦横4cmに切り取り、3枚重ね、厚さ2mmの型枠に入れ、上下からステンレス板で挟み、プレス機にて、200℃10分、100MPaでプレスし、試験片を作製した。作製した試験片の曇り度(ヘーズ)を、JIS.K.7136に基づき、ヘーズメーターにて測定し、透明性を評価した。実施例14における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例2で得られたサンプル2を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例15における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例3で得られたサンプル3を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例16における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例4で得られたサンプル4を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例17における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例5で得られたサンプル5を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例18における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例6で得られたサンプル6を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例19における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例7で得られたサンプル7を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例20における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例8で得られたサンプル8を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例21における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例9で得られたサンプル9を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例22における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例10で得られたサンプル10を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例23における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例11で得られたサンプル11を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例24における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例12で得られたサンプル12を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例25における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
実施例13で得られたサンプル13を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。実施例26における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
(比較例7)
比較例1で得られたサンプル14を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。比較例7における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
(比較例8)
比較例2で得られたサンプル15を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。比較例8における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
(比較例9)
比較例3で得られたサンプル16を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。比較例9における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
(比較例10)
比較例4で得られたサンプル17を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。比較例10における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
(比較例11)
比較例5で得られたサンプル18を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。比較例11における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
(比較例12)
比較例6で得られたサンプル19を、ポリ塩化ビニル樹脂に実施例13と同様の配合比で配合し、熱安定性及び透明性を評価した。比較例12における配合、熱安定性試験結果、透明性試験結果を表3に示す。
Figure 0006607549
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表3から、実施例14〜26のポリ塩化ビニル樹脂組成物は、比較例7〜12に比べ熱安定性及び透明性に優れることが分かる。
実施例1において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、固形分換算で10g採取し、イソプロピルアルコール1Lに添加した。その後、ホモジナイザーで6000rpm、20分間攪拌し、懸濁液を作製した。懸濁液を1Lの沈降管に移し、その状態で10日間静置した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例2において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例3において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例4において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例5において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例6において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例7において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例8において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例9において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例10において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例11において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例12において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
実施例13において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
(比較例13)
比較例1において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
(比較例14)
比較例2において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
(比較例15)
比較例3において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
(比較例16)
比較例4において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
(比較例17)
比較例5において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
(比較例18)
比較例6において、表面処理後、水洗浄したハイドロタルサイトを、実施例27と同様の方法で処理し、懸濁液を作製した。懸濁直後、1日後、10日後にサンプリングを行い、2次粒子の平均横幅及び、沈降状態を評価した。各評価結果を表4に示す。
Figure 0006607549
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表4から、実施例27〜39の懸濁液は、比較例13〜18と比べ、2次粒子の平均横幅の経時変化が少なく、10日後においても粒子が沈降していないことが分かる。
本発明のハイドロタルサイトは、塩化ビニル樹脂の熱安定剤、ポリオレフィン重合触媒残渣の中和剤、ハロゲン含有ゴムの受酸剤、農業用フィルムの保温剤等の種々の用途に使用できる。特に、ハイドロタルサイトを含有した懸濁液は液状の制酸剤や熱安定剤として好適に使用できる。本発明のハイドロタルサイトは、従来よりも陰イオン交換能力が大幅に向上しているため、同配合量では従来よりも優れた安定剤、中和剤、受酸剤としての効果を発揮し、少ない配合量で従来と同等の性能を発揮できる。また、樹脂に配合した際、同量の従来のハイドロタルサイトと比較し、透明性が高くなる。

Claims (15)

  1. 以下の(A)〜(C)を満たす下記式(1)で表されるハイドロタルサイト。
    (M2+1−X(M3+(OH)(An−X/n・mHO (1)
    (ただし、式中M2+は2価金属の少なくとも1種以上、M3+は3価金属の少なくとも1種以上、An−はn価のアニオン、nは1〜6の整数をそれぞれ示し、xおよびmはそれぞれ、0.17≦x≦0.36、0≦m≦10の範囲にある。)
    (A)X線回折法による<003>方向の格子歪が3×10−3以下;
    (B)SEM法による1次粒子の平均横幅が5nm以上200nm以下;
    (C)下記式で表わされる単分散度が50%以上
    単分散度(%)=(SEM法による1次粒子の平均横幅/動的光散乱法による2次粒子の平均横幅)×100
  2. 請求項1において、(A)X線回折法による<003>方向の格子歪が2.5×10−3以下である、請求項1記載のハイドロタルサイト。
  3. 請求項1において、(B)SEM法による1次粒子の平均横幅が5nm以上150nm以下である、請求項1記載のハイドロタルサイト。
  4. 請求項1において、(C)単分散度が80%以上である、請求項1記載のハイドロタルサイト。
  5. 請求項1の式(1)において、M2+がMg、Znからなる群より選ばれる1種以上であり、M3+がAlである、請求項1記載のハイドロタルサイト。
  6. 請求項1の式(1)において、mの範囲が0≦m≦0.05である、請求項1記載のハイドロタルサイト。
  7. BET法比表面積が20〜600m/gである、請求項1記載のハイドロタルサイト。
  8. ハイドロタルサイトの表面が、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、リン酸エステル類処理剤、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、アルミニウムカップリング剤、シリコーン系処理剤、ケイ酸及び水ガラスからなる群より選ばれる1種以上で表面処理されている、請求項1記載のハイドロタルサイト。
  9. 以下の4つの工程を含む、ハイドロタルサイトの製造方法。
    (1)水溶性複合金属塩水溶液及び、アルカリ金属水酸化物水溶液を調製する原料調製工程。ただし、該水溶性複合金属塩水溶液は、2価金属塩、3価金属塩及び、3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩を含む。
    (2)(1)で調製した水溶性複合金属塩水溶液とアルカリ金属水酸化物水溶液を、反応温度0〜60℃、反応pH8.5〜11.5で連続反応させ、ハイドロタルサイトを含む懸濁液を得る反応工程。
    (3)(2)で得られたハイドロタルサイトを含む懸濁液を脱水後、水洗浄を行い、水及び/又は有機溶媒に懸濁させる洗浄工程。
    (4)(3)で得られた洗浄後のハイドロタルサイトを含む懸濁液を、0〜100℃で1〜60時間攪拌保持する熟成工程。
  10. 請求項9の原料調製工程において、3価金属と錯体を形成する1価の有機酸及び/又は有機酸塩が、乳酸、乳酸ナトリウム、酢酸及び酢酸ナトリウムからなる群より選ばれる一種以上である、請求項9記載のハイドロタルサイトの製造方法。
  11. 請求項1記載のハイドロタルサイトを、100℃〜350℃で1〜24時間乾燥して得ることを特徴とする、請求項6記載のハイドロタルサイトの製造方法。
  12. 樹脂100重量部に対して、請求項1記載のハイドロタルサイトを0.1〜250重量部含有する樹脂組成物。
  13. 樹脂が含ハロゲン樹脂である、請求項12記載の樹脂組成物。
  14. 請求項12に記載の樹脂組成物よりなる成形体。
  15. 溶媒が水及び/又は有機溶媒であり、請求項1記載のハイドロタルサイトを、固形分濃度として0.1〜300g/L含有する懸濁液。
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