專(zhuān)利名稱(chēng)：賦予樹(shù)脂改進(jìn)的耐熱性的水滑石及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠賦予合成樹(shù)脂改進(jìn)的耐熱性的水滑石及其制備方法。
背景技術(shù)：
水滑石通常由化學(xué)式M1VxM111x (OH) 2 (AnO χ/η · (l_3x/2) H2O表示，其中Mn為二價(jià)金 屬陽(yáng)離子，Mm為三價(jià)金屬陽(yáng)離子，An-為η-價(jià)陰離子，χ在0. 20至0. 33的范圍內(nèi)(參見(jiàn) 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劑以改進(jìn)多種合成樹(shù)脂產(chǎn)品(如聚氯乙烯(PVC)和聚氨酯) 的耐氯性和耐熱性，已經(jīng)公開(kāi)了使用金屬鹽、金屬氧化物、金屬氫氧化物、尿素等等制備水 滑石的多種制備方法(參見(jiàn)Kyowa Chemical Industry Co.的美國(guó)專(zhuān)利No. 4，351，814， 授權(quán)于 1982. 09. 28 ；Aluminum Company of America 的美國(guó)專(zhuān)利 No. 4，904, 457，授權(quán)于 1990. 02. 27 J. Μ. Huber Corporation 的美國(guó)專(zhuān)利 No. 5，250，279，授權(quán)于 1993. 10.05 ；和 Doobon Co.，Ltd.的韓國(guó)專(zhuān)利No. 454273，授權(quán)于2004. 10. 14)。然而，當(dāng)將其引入合成樹(shù) 脂時(shí)，由于在表面和層間存在水分子，通過(guò)這些方法制備的水滑石傾向于經(jīng)歷非所需的物 理性質(zhì)變化。該H2O分子可通過(guò)高溫處理除去，但由于脫羥基作用也可發(fā)生結(jié)構(gòu)形變(參 見(jiàn) J.Therm. Anal. Cal.，84 :473_478，2006)。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)水滑石添加劑的結(jié)晶水分子降低合成樹(shù)脂的耐熱性，并發(fā)現(xiàn)可制 備具有最小量結(jié)晶水的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的水滑石。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的之一是提供具有最小量結(jié)晶水的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的水滑石。本發(fā)明的另一目的是提供本發(fā)明的水滑石的制備方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這里提供如通式(I)所示的水滑石MghAlx (OH) 2 (An) x/n · {(l_a) (l_3x/2) —a · z/18} H2O (I)(其中，An_為選自 C032_、N03_、S042_、0H_、F_、Cl_、Br_ 或包含 Si、P 或 B 的含氧陰 離子的陰離子；ζ為Mgl_xAlx (OH) 2 (Αη_) χ/η的式量；χ在0. 20 < χ彡0. 33的范圍內(nèi)；a在 0. 015 ^ a ^ 0. 05 的范圍內(nèi))。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，這里提供制備本發(fā)明的水滑石的方法，該方法包括在160 至220°C的溫度下處理如通式(II)所示的水滑石以使得如通式(II)所示的水滑石的重量 減少1. 5至5%。Mg1^xAlx (OH) 2 (AnI χ/η · (l-3x/2) H2O (II)(其中，An_和χ與通式(I)中定義的相同)。本發(fā)明也提供合成樹(shù)脂組合物，該組合物包括本發(fā)明的水滑石和用本發(fā)明的合成 樹(shù)脂組合物制備的產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明所述的如通式(I)所示的水滑石能通過(guò)加入合成樹(shù)脂改進(jìn)合成樹(shù)脂 的耐熱性。


通過(guò)本發(fā)明的下述描述與附圖，將明確本發(fā)明的上述和其他目的和特征，其各自 表明圖1 實(shí)施例1中得到的分別在120、190和240°C熱處理的水滑石的X-射線衍射 (XRD)圖；圖2 (Mg4Al2) (OH) 12C03 · 3H20 的熱重-差熱分析(TG-DTA)掃描；和圖3A-3C 包括在實(shí)施例2中得到的熱處理的水滑石的PVC樣品的顏色變化。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明所述的如通式(I)所示的水滑石的特征在于通過(guò)特定的熱處理程 序，除去相當(dāng)于水滑石重量的約1. 5至5%的部分結(jié)晶水分子。本發(fā)明的水滑石的一個(gè)例子可如通式(Ia)所示，其中除去占水滑石重量的2%的 結(jié)晶水MghAlx (OH) 2 (A” x/n · {0. 98 (1_3χ/2)-0. 02 · z/18} H2O (Ia)(其中，Αη_、χ和ζ與通式(I)中定義的相同)。本發(fā)明的水滑石的另一個(gè)例子可如通式(Ib)所示，其中除去占水滑石重量的4% 的結(jié)晶水MghAlx (OH) 2 (An) χ/η · {0. 96 (1_3χ/2) _0· 04 · z/18} H2O (Ib)(其中，Αη_、χ和ζ與通式(I)中定義的相同)。具有限定量的結(jié)晶水的根據(jù)本發(fā)明所述的如通式(I)所示的水滑石不經(jīng)歷結(jié)構(gòu) 形變，而僅僅由于結(jié)晶水的除去，引起晶格常數(shù)的變化(在c軸長(zhǎng)度上的減少)。如果所述重量損失在1.5%以下，除去的結(jié)晶水的量可能不足以為合成樹(shù)脂提供 改進(jìn)的耐熱性。如果所述重量損失在5%以上，水滑石可能經(jīng)歷配位至金屬陽(yáng)離子的氫氧根 離子的脫羥基作用，以及進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)形變，致使失去其中和能力。在如通式(I)所示的水滑石中，Α11—優(yōu)選為C032-，a的值優(yōu)選為0. 02彡a彡0. 04。 亦即，在根據(jù)本發(fā)明所述的如通式(I)所示的水滑石中，除去的水分子的量?jī)?yōu)選在以初始 的水滑石計(jì)2至4重量％的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明所述，如通式(I)所示的水滑石可通過(guò)在160至220°C，優(yōu)選190至 200°C范圍內(nèi)的溫度下熱處理如通式(II)所示的水滑石20至90分鐘制得。如果在160°C以下的溫度熱處理如通式(II)所示的水滑石，存在于層間的結(jié)晶水 的除去可能達(dá)不到目標(biāo)脫水水平。如果在220°C以上的溫度下熱處理如通式(II)所示的水 滑石，該水滑石可能經(jīng)歷脫羥基作用和進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)形變，導(dǎo)致耐氯性變差。因此，當(dāng)不在 上述條件下進(jìn)行熱處理時(shí)，難以提供具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)以及最小量結(jié)晶水的水滑石。在本發(fā)明中熱處理所采用的條件可隨著構(gòu)成水滑石的陰離子變化而變化。在本發(fā)明中使用的如通式(II)所示的水滑石可通過(guò)常規(guī)方法制備，如共沉淀法 禾口晶體生長(zhǎng)水熱法(hydrothermal method)。根據(jù)本發(fā)明所述的如通式(I)所示的水滑石可用作制備合成樹(shù)脂的添加劑。例 如，如通式(I)所示的水滑石可改進(jìn)合成樹(shù)脂如PVC(聚氯乙烯)和聚氨酯的耐熱性。
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下述實(shí)施例旨在解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)將其解釋為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例實(shí)施例1.水滑石的熱處理將分子式為(Mg4Al2)(OH)12CO3 · 3H20 的水滑石(Doobon Co.，Ltd.，韓國(guó))放入電 爐并在120°C、19(TC、20(rC或240°C的溫度下熱處理60分鐘，以得到4種不同的部分脫水 的水滑石。在120°C、190°C、和240°C的溫度下分別熱處理的水滑石的X-射線衍射(XRD)圖 如圖1所示。在120°C、20(TC、和240°C的溫度下分別熱處理的水滑石的晶格常數(shù)(A，a軸和c 軸的長(zhǎng)度)如表1所示。在O至600°C的溫度范圍內(nèi)得到的(Mg4Al2) (OH) 12C03 · 3H20的熱重-差熱分析 (TG-DTA)掃描如圖2所示。表 1
溫度晶格常數(shù)(A)a軸長(zhǎng)度C軸長(zhǎng)度120°C3.055523.2104200 °C3.054222.5393240 °C3.060020.0999從表1和圖1、2可知在120°C、190°C和200°C下熱處理不引起任何水滑石的結(jié)構(gòu)
變化，但由于部分除去結(jié)晶水誘導(dǎo)了 c軸長(zhǎng)度的減少。因此，該熱處理僅僅除去某些結(jié)晶水 分子，而不影響層中的氫氧根離子。然而240°C下的熱處理誘導(dǎo)了脫羥基作用和水滑石的結(jié)構(gòu)形變，致使得到部分氧 化的水滑石。實(shí)施例2.水滑石的熱處理和含有熱處理的水滑石的PVC的耐熱性測(cè)量將分子式為(Mg4Al2)(OH)12CO3 · 3H20 的水滑石(Doobon Co.，Ltd.，韓國(guó))放入電 爐并在下列條件下熱處理，以得到多種部分脫水的水滑石i)在 120°C熱處理 120 分鐘(min)，ii)在190°C熱處理10至100分鐘(以10分鐘的間隔)，iii)在200°C熱處理10至50分鐘(以10分鐘的間隔)，禾口iv)在240°C熱處理100分鐘。為評(píng)估每種水滑石對(duì)于樹(shù)脂耐熱性的效果，將IOOpbw(重量份)的PVC樹(shù)脂 (F. PolyLizer-120)與30. Opbw的DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)、0· 2pbw的基于鋅的穩(wěn)定劑、 0. 05pbw的DBM (二溴甲烷)、20. Opbw的CaCO3和2. Opbw的上述得到的每種水滑石混合，在 185°C下用輥將混合物捏合5分鐘以得到0. 5mm厚的片材。將所得片材放在200°C的烘箱中，以10分鐘的間隔測(cè)量其顏色變化80分鐘。結(jié)果 如圖3A-3C所示(圖3A 含有在190°C下以10分鐘的間隔熱處理10至100分鐘的水滑石 的PVC樣品；圖3B 含有在200°C下以10分鐘的間隔熱處理10至50分鐘的水滑石的PVC
5樣品；圖3C 含有在120、190和240°C下熱處理的水滑石的PVC樣品，和不含熱處理(HT)的 PVC樣品)從圖3A至3C可知，與其他樣品相比，包括在190至200°C下熱處理20至90分鐘 的本發(fā)明的水滑石的樣品賦予樹(shù)脂更好的耐熱性。雖然采用上述具體實(shí)施方式
描述本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)注意本領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)本發(fā)明進(jìn) 行多種改進(jìn)和變形，其也落在附加的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種如下述通式(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 為選自CO32 、NO3 、SO42 、OH 、F 、Cl 、Br 或包含Si、P或B的含氧陰離子的陰離子；z為Mg1 xAlx(OH)2(An )x/n的式量；x在0.20＜x≤0.33的范圍內(nèi)；a在0.015≤a≤0.05的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的水滑石，其中a的值在0.02 < a < 0. 04的范圍內(nèi)。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述的水滑石的方法，該方法包括在160至220°C的溫度下 處理如通式(II)所示的水滑石，以使得如通式(II)所示的水滑石的重量減少1. 5至5% Mgl_xAlx(OH)2(Αη_)χ/η· (1-3x/2)H20 (II) 其中，Αη_和χ與權(quán)利要求1中定義的相同。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中進(jìn)行該熱處理以使得如通式(II)所示的水滑石的重 量減少2至4%。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中在190至200°C范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行該熱處理20至 90分鐘。
6.一種合成樹(shù)脂組合物，其包括如權(quán)利要求1或2所述的水滑石。
7.如權(quán)利要求6所述的組合物，其中該合成樹(shù)脂為聚氯乙烯。
8.一種用權(quán)利要求6所述的合成樹(shù)脂組合物制備的產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及部分脫水的水滑石，該部分脫水的水滑石通過(guò)在特定條件下熱處理水滑石以使得其重量減少1.5至5％得到，該部分脫水的水滑石能賦予合成樹(shù)脂改進(jìn)的耐熱性。
文檔編號(hào)C01F7/54GK101932527SQ200980103457
公開(kāi)日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月20日
發(fā)明者李晟旭, 玄東湖 申請(qǐng)人:株式會(huì)社斗本;李晟旭;玄東湖