KR20100024280A

KR20100024280A - 하이드로탈사이트 합성방법 및 이에 따른 하이드로탈사이트를 이용한 안정제

Info

Publication number: KR20100024280A
Application number: KR1020080083060A
Authority: KR
Inventors: 송석근; 안태광; 김희수
Original assignee: 신원화학 주식회사; 신원산업 주식회사
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-05

Abstract

본 발명은 하이드로탈사이트 합성방법 및 이에 따른 하이드로탈사이트를 사용한 무독성 안정제에 관한 것으로, 원료를 혼합하기 위하여 물 1kg을 넣은 반응기에 금속염인 염화알루미늄(AlCl₃) 34.4g과, 멜라민(C₃H₆N₆), 펜타에리스리톨 및 디펜타에리스리톨과 같은 폴리올계와, 스테아린산 팔미틴산과 같은 폴리카복실계, 폴리아크릴계 및 폴리설페이트계의 분산제들 중에서 선택된 분산제를 1g 투입한 후 교반하는 단계, 염기성화합물인 수산화나트륨(NaOH) 78.0g을 첨가하는 단계, 난용성 금속수산화물인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 20.1g과, 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 61.0g, 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 0.5g을 넣어 교반하는 단계, 원료가 충분히 혼합된 다음 반응단계로 층간 음이온인 CO₃ 물질로서 탄산나트륨(NaCO₃) 31.0g을 첨가하여 pH 8.0-10.0에서 반응시키는 단계, 반응종료후 온도를 120℃ - 250℃로 하고 압력을 2 - 20kgf/cm2로 유지하면서 고압반응기에서 50 - 300분 동안 숙성시키는 단계를 포함하여 구성됨으로써 수득된 입자들의 재응집 현상을 제거하여 분산성이 개선된 잇점이 있다.

하이드로탈사이트, 안정제

Description

하이드로탈사이트 합성방법 및 이에 따른 하이드로탈사이트를 이용한 안정제{METHOD OF SYNTHESIZING HYDROTALCITE AND STIBILIZER USING THE HYDROTALCITE}

본 발명은 무독성 안정제에 관한 것으로, 특히 안정제 성분으로서 포함되는 하이드로탈사이트(hydrotalcite)의 물성 특성을 개선하도록 하는 하이드로탈사이트 제조방법과 이러한 제조방법에 따라 개선된 특성을 갖는 하이드로탈사이트를 포함하는 무독성 안정제에 관한 것이다.

일반적으로, 성형 또는 사용시 수지의 열분해에 의해 발생되는 물리적 강도의 변화를 최소화하기 위한 안정제로서, 수지 조성물 및 성형품합성수지의 가열성형시에 열에 의해 거의 열화되지 않으며, 현저한 내열열화성 및 우수한 물성, 예컨대, 고분산성, 비응집성, 성형적성, 내충격강도를 수지에 제공할 수 있는 하이드로탈사이트 입자를 포함시킨다.

이와 같은 하이드로탈사이트는 일부 지역에서는 천연 상태의 광물로 존재하며, 이와 같은 층상복합금속수화물은 상업적으로 고순도로 합성되어 환경오염 물질의 제거제, 촉매 불활성화제, 제산제, 산흡착제, 난연제, 난연보조제, 고분자의 내열 안정성 상승제, 산중화제, 자외선 차단제, 보온제 등 다양한 분야에서 적용되고 있다.

이러한 층상 복합금속수화물은 하기와 같은 일반식으로 표현될 수 있다.

[M(Ⅱ)1-x M(Ⅲ)x](OH)nAn-1 ·mH2O

상기 일반식에서, M(Ⅱ) 및 M(Ⅲ)는 층의 중심을 이루는 혼합 금속 성분이고, M(Ⅱ)는 +2의 산화수를 가질 수 있는 금속성분이고, M(Ⅲ)는 +3의 산화수를 가질 수 있는 금속 성분이다. 한편, (OH) 성분은 혼합 금속 성분의 상하 양면을 구성하는 성분이고, A는 다른 음이온으로 교환이 가능한 층간 음이온이다. x는 M(Ⅱ) 성분과 M(Ⅲ) 성분의 분율로서, 위와 같은 구조의 하이드로탈사이트의 전체적인 전하량은 M(Ⅲ) 성분의 분율값에 따라 결정되는데, 통상적으로 0.20 < x < 0.33 이다.

하이드로탈사이트는 수지에 혼합될 때, 하이드로탈사이트 입자에 함유된 특정 금속화합물의 량과 함께 입자 크기 및 비표면적이 내열열화성에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

이에 따라 플라스틱 조성물에 함유되는 하이드로탈사이트는 조성물에서 미립자로 이루어진 고체의 안정화, 그러한 시스템의 점도 감소 및 유동성 향상을 위해 하이드로탈사이트 입자를 액상 매체 속에 혼입할 수 있기 위해서는 강한 기계적 힘이 필요하며, 이때 분산제를 사용하기도 한다.

그러나, 종래 방법으로 제조되는 하이드로탈사이트는 나노 크기로 형성되지만, 이러한 나노 크기의 입자들은 서로 응집되려는 성질이 강하여 평균 입경이 12㎛ 로 덩어리지게 되고, 이렇게 재응집된 입자 상태로 수지에 혼입시키면 분산 효 과를 완전히 또는 부분적으로 무용하게 만드는 문제가 있었다.

또한, 이렇게 응집된 하이드로탈사이트 입자를 물리적으로 분쇄하더라도 95% 이상의 효율은 얻기 어렵고, 분급에 의한 경우에도 65% 이상의 효율을 얻기 어려운 문제가 있었다.

이와같이 하이드로탈사이트의 응집 현상을 막기 위해 계면활성제나 분산제를 사용하기도 하지만, 시중에 나와 있는 계면활성제나 분산제는 특정 물질에 적용되는 것이 많고, 유기물이나 100℃ 이상의 고온에서 분해되거나 그 성질을 잃게 되어 하이드로탈사이트 합성시 적용이 불가능한 문제가 있었다.

이러한 하이드로탈사이트 입자들의 불충분한 분산의 결과 및/또는 재응집의 결과로 액체의 점도 증가, 도료 및 코팅제의 광택 손실 및 색조 변화, 플라스틱의 기계적 강도의 감소 등 불리한 효과가 발생한다.

본 발명의 목적은 상기한 종래 하이드로탈사이트의 제조방법에 따른 입자의 분산성에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 입도 상태를 개선하도록 분산제를 사용한 하이드로탈사이트 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 본 발명에 따라 개선된 하이드로탈사이트 제조방법에 의해 제조된 개선된 입도 상태의 하이드로탈사이트를 포함하는 무독성 안정제를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 하이드로탈사이트 합성방법은, 원료를 혼합하기 위하여 물 1kg을 넣은 반응기에 금속염인 염화알루미늄(AlCl₃) 34.4g과, 멜라민(C₃H₆N₆), 펜타에리스리톨 및 디펜타에리스리톨과 같은 폴리올계와, 스테아린산 팔미틴산과 같은 폴리카복실계, 폴리아크릴계 및 폴리설페이트계의 분산제들 중에서 선택된 분산제를 1g 투입한 후 교반하는 단계,

염기성화합물인 수산화나트륨(NaOH) 78.0g을 첨가하는 단계,

난용성 금속수산화물인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 20.1g과, 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 61.0g, 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 0.5g을 넣어 교반하는 단계,

원료가 충분히 혼합된 다음 반응단계로 층간 음이온인 CO₃ 물질로서 탄산나 트륨(NaCO₃) 31.0g을 첨가하여 pH 8.0-10.0에서 반응시키는 단계,

반응종료후 온도를 120℃ - 250℃로 하고 압력을 2 - 20kgf/cm2로 유지하면서 고압반응기에서 50 - 300분 동안 숙성시키는 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따라 합성된 하이드로탈사이트 100 중량부, 인산아연 10-60중량부, 지방산아연 20-70중량부, 활제 10-60중량부, 알칼리토금속 산화물 5-40중량부, 클레이(점토) 10-50 중량부, 산화방지제 1-20 중량부, 광안정제 1-20 중량부로 조성된 무독성 안정제가 제공된다.

본 발명에 따라 하이드로탈사이트 합성과정에서 분산제를 사용하여 수득된 하이드로탈사이트 입자들의 재응집 현상을 제거하여 분산성이 개선되어 종래 합성된 하이드로탈사이트 입자의 분쇄에 따른 문제점과 및 안정제 조성시 하이드로탈사이트의 분산을 위한 분산제 사용을 최소화할 수 있는 잇점이 있다.

이하에서는 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따라, 원료를 혼합하기 위하여 물 1kg을 반응기에 준비하고, 그속에 금속염인 염화알루미늄(AlCl₃) 34.4g, 분산제로서 멜라민(C₃H₆N₆) 0.5g을 투입한 후 약 20분간 교반한다.

그런 다음, 염기성화합물인 수산화나트륨(NaOH)78.0g을 첨가하고, 난용성 금속수산화물인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 20.1g과, 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 61.0g, 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 0.5g을 넣어 20분 정도 교반한다.

원료가 충분히 혼합되었으면, 반응단계로 층간 음이온인 CO₃ 물질로서 탄산나트륨(NaCO₃) 31.0g을 첨가하여 30분간 반응시키며, 이때 pH는 8.0 - 10.0으로 유지한다.

반응종료후 온도를 120℃ - 250℃로 하고 압력을 2 - 20kgf/cm2로 유지하면서 고압반응기에서 50 - 300분 동안 숙성시켜 합성된 하이드로탈사이트를 얻었다.

이와 같이 합성한 하이드로탈사이트의 구조식은 다음과 같다.

Mg₄Ca₀ _.5Al₂(OH)₁₂CO₃·3H₂O

숙성단계가 끝난 다음, 스테아린산으로 코팅을 하고, 코팅된 다음 3회 세척한 다음, 여과한 후 150℃의 온도에서 건조시킨다. 건조된 하이드로탈사이트를 실험실 믹서기로 약 2분동안 분쇄하여 입도 분석기로 입도 분포도를 얻었다.

또한, 다른 실시예로서 상기한 원료와 합성방법을 동일하게 하되 금속염인 염화알루미늄(AlCl₃) 분산을 위한 멜라민 분산제를 1.5g을 넣어 하이드로탈사이트를 합성하였다.

이와 같이 합성한 하이드로탈사이트를, 스테아린산으로 코팅하기전과 코팅후의 것을 구분하여 시료를 채취하고, 비교예로서 분산제를 사용하지 않은 기존의 합성법에 의하여 합성된 하이드로탈사이트의 코팅전 및 코팅후의 시료를 채취하여 각각의 시료에 대하여 입도분석기에서 입도를 분석하여 표 1과 표2에 대비하여 표시 하였다.

표 1. 합성된 하이드로탈사이트의 코팅하지 않은 입자 분포 대비표

표 2. 합성된 하이드로탈사이트 코팅후의 입자 분포 대비표

위 표 1에서 기존의 방법으로 합성된 하이드로탈사이트의 입자 분포는 입경이 5 - 50㎛인 입자가 주를 이루고, 가장 바람직한 0.3 - 1.2㎛ 입경의 입자들은 매우 적은 반면, 본 발명에 따라 멜라민 분산제를 사용하여 합성된 하이드로탈사이트 입자들은 0.3 - 1.2㎛ 입경의 것이 주를 이루고 있음을 확인할 수 있다.

또한, 표 2로부터도 본 발명에 따라 멜라민을 분산제로 하여 합성한 하이드로탈사이트의 입자들을 스테아린산으로 코팅한 것이 보다 입경 분포에서 보다 바람직한 것을 확인할 수 있다. 위 표 1 및 2에서 멜라민 0.5%와 1.5%는 합성된 하이드로탈사이트 100g에 대하여 각각 0.5g과 1.5g이 되는 중량 비율을 의미한다.

도 1에는 분산제를 사용하지 않은 기존의 방법에 의해 제조된 하이드로탈사이트 입자들의 현미경사진으로서 입자들이 서로 응집되어 있음을 확인할 수 있다.

또한, 도 2의 사진은 본 발명에 따라 분산제를 사용하여 합성된 하이드로탈사이트 입자들에 대한 현미경 사진으로서 입자들이 도 1 사진의 입자들과 비교하여 응집되지 않고 분리되어 있음을 확인할 수 있다.

도 3의 사진은 본 발명에 따라 분산제를 사용하여 합성되고 스테아린산으로 코팅된 하이드로탈사이트 입자들에 대한 사진으로서, 도 2의 사진과 비교하여 입자들을 코팅함으로써 보다 더 우수한 분산성을 얻을 수 있음을 보여준다.

본 발명의 실시예에서 하이드로탈사이트 합성시 분산제로서 멜라민을 사용하였지만, 여기에 한정되지 않고 펜타에리스리톨 및 디펜타에리스리톨과 같은 폴리올계와, 스테아린산 팔미틴산과 같은 폴리카복실계, 폴리아크릴계 및 폴리설페이트계 분산제를 사용할 수도 있음을 밝혀둔다.

본 발명의 방법에 따라 합성된 분산성이 우수한 하이드로탈사이트를 사용하여 무독성 안정제를 다음과 같이 제조한다.

본 발명의 무독성 안정제는 상기한 본 발명의 방법에 따라 합성된 하이드로탈사이트 100 중량부에 대하여, 인산아연 10-60중량부, 지방산아연 20-70중량부, 활제 10-60중량부, 알칼리토금속 산화물 5-40중량부, 클레이(점토) 10-50 중량부, 산화방지제 1-20 중량부, 광안정제 1-20 중량부를 혼합하여 조성한다.

본 발명에 따른 분산성이 개선된 하이드로탈사이트를 함유한 무독성 안정제로 PVC 수지조성물에 혼합하여 3개의 시편(HT-141C, HT-143-St, HT-143-Zn)을 제작하고, 기존의 하이드로탈사이트를 포함한 안정제를 사용한 PVC 수지조성물로 부터 하나의 시편(DHT-4A)을 제작하여 열안정성을 시험한 결과를 보여주며, 여기서 기존의 하이드로탈사이트를 사용한 안정제를 함유한 PVC 수지 조성물은 기존의 것과 비교하여 보다 긴 시간동안 표면의 변화없이 안정된 상태로 유지됨을 보여줌으로써 열안정성이 개선되었음을 나타낸다.

상기한 본 발명의 안정제 조성물은 사용목적에 따라 가소제, 충진재, 안료, 난연제, 발포제, 대전방지제, 계면활성제, 기포제등과 같은 기능성 성분을 첨가제로 더 첨가될 수 있음을 밝혀둔다.

본 발명에 따라 하이드로탈사이트 합성시 분산제를 사용하여 합성함으로써 얻어지는 입자들이 재응집되지 않는 우수한 분산성을 보여줌으로써 종래 입자들의 재응집에 따른 문제점을 해소하고, 이러한 하이드로탈사이트의 개선된 분산성으로 이를 이용한 무독성 안정제 및 이러한 안정제를 함유한 PVC 수지 조성물에서도 열안정성이 개선된다.

도 1은 기존의 방법에 따라 합성된 하이드로탈사이트 입자들의 현미경 사진

도 2는 본 발명에 따라 합성된 하이드로탈사이트 입자들의 현미경 사진.

도 3은 도 2의 입자들을 스테아린산으로 코팅한 입자들의 현미경 사진.

도 4는 본 발명에 따라 합성된 하이드로탈사이트를 함유한 안정제와 기존의 하이드로탈사이트를 함유한 안정제를 사용한 PVC 수지 조성물에 의한 시편들에 대한 열안정성 시험결과를 보여주는 사진이다.

Claims

원료를 혼합하기 위하여 물 1kg을 넣은 반응기에 금속염인 염화알루미늄(AlCl₃) 34.4g과, 멜라민(C₃H₆N₆), 펜타에리스리톨 및 디펜타에리스리톨과 같은 폴리올계와, 스테아린산 팔미틴산과 같은 폴리카복실계, 폴리아크릴계 및 폴리설페이트계의 분산제들 중에서 선택된 분산제를 1g 투입한 후 교반하는 단계,

염기성화합물인 수산화나트륨(NaOH) 78.0g을 첨가하는 단계,

난용성 금속수산화물인 수산화알루미늄(Al(OH)₃) 20.1g과, 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) 61.0g, 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 0.5g을 넣어 교반하는 단계,

원료가 충분히 혼합된 다음 반응단계로 층간 음이온인 CO₃ 물질로서 탄산나트륨(NaCO₃) 31.0g을 첨가하여 pH 8.0-10.0에서 반응시키는 단계,

반응종료후 온도를 120℃ - 250℃로 하고 압력을 2 - 20kgf/cm2로 유지하면서 고압반응기에서 50 - 300분 동안 숙성시키는 단계를 포함하는 하이드로탈사이트 합성방법.
제 1항에 따라 합성된 하이드로탈사이트 100 중량부, 인산아연 10-60중량부, 지방산아연 20-70중량부, 활제 10-60중량부, 알칼리토금속 산화물 5-40중량부, 클레이(점토) 10-50 중량부, 산화방지제 1-20 중량부, 광안정제 1-20 중량부로 조성 된 무독성 안정제.