專利名稱：水滑石制備方法
技術領域：
本發明涉及一種制備水滑石的方法。
背景技術：
聚氯乙烯(PVC)低廉且具有優良的加工性能，因而在各個領域中用作通用塑料，因為它對熱和光是不穩定的，所以在形成過程中只要熱分解一開始，鹽酸就從PVC分子鏈中釋放。為了防止鹽酸釋放，使用了熱穩定劑。熱穩定劑起到的作用是俘獲連續加速劣化反應的鹽酸，從而穩定氯乙烯。與樹脂混合的熱穩定劑是一種在加工產品和成品使用期間能保持樹脂物理和化學性質的化合物。PVC的熱穩定劑的實例包括鉛穩定劑、有機錫穩定劑、脂肪酸金屬鹽穩定劑等。鉛穩定劑具有優良的電絕緣性能、耐氣候性和熱穩定性，且相對便宜，因而用于各個領域，包括電線涂層、硬質管、PVC磚、PVC配件等。然而，從環保的角度考慮要限制有毒的鉛的使用。此外，由于最近鉛的價格上升，其價格優勢就不存在了。有機錫穩定劑具有高的透明度和熱穩定性，因此無需附加處理即可單獨使用。然而，錫沒有外部活性，并因鎘或鉛或硫化合物的特殊氣味引起硫污染問題，因此，從環保的角度來看要限制其使用，此外，錫是昂貴的。有機錫穩定劑的實例包括單二丁基錫，單二辛基錫等。脂肪酸金屬鹽穩定劑主要由脂肪酸金屬鹽組成，其包括金屬類Ba、Ca、Cd、Pb和 Zn。金屬類不單獨使用，可以使用兩種或多種的組合，例如Ba-Cd、Ba-Zn和Ca-Zn。Ba-Ca 穩定劑由于通過與ZnCl2反應再生產Zn鹽而能夠俘獲鹽酸并賦予熱穩定性。Ba-Cd穩定劑是具有優良熱穩定性和高透明度的穩定劑，但因為鎘是重金屬的問題，其使用在許多國家受到限制。Ba-Zn穩定劑具有較好的熱穩定性和透明度，因此用于全部的軟PVC產品，此外， 它適用于膏狀樹脂加工且毒性低于Ba-Cd穩定劑，因此促進了替代Ba-Cd穩定劑的趨勢。因為Ca-Zn穩定劑是無毒的、環境友好且廉價的，它主要用于食品包裝材料、玩具、食品容器、 醫療器械，但其熱穩定性低于其他穩定劑。為了解決該問題，Ca-Zn穩定劑可與輔助穩定劑共同使用或大量使用。然而，大量Ca-Zn穩定劑的使用可負面影響產品的特性。因此，出于解決上述熱穩定劑問題的目的，已經進行了深入的研究。特別地，對水滑石穩定劑進行了深入的研究。水滑石，表示為[Mg6Al2 (OH) 16C03 4H20]，通過處于Mg-Al層之間的C032_離子與鹵素離子的離子交換而用作穩定劑。水滑石在商業上以高純度合成并可應用在各個領域，包括環境污染物清除劑、催化劑滅活劑、除酸劑、酸吸收劑、鹵素吸收劑、阻燃劑、輔助阻燃劑、增加聚合物耐熱穩定性的促進劑、酸中和劑、UV阻斷劑、隔熱劑和耐氯劑。水滑石的制備實例包括1)使用水溶性金屬鹽的共沉淀方法和2)使用低溶解性的金屬氧化物在高溫高壓下的熱液合成法。關于它的在先技術包括韓國專利登記號No. 10-454273，該文獻公開了一種使用多羥基醇和多羥基醇酯或金屬取代基制備水滑石的方法；韓國專利登記號No. 10-601016，該文獻公開了一種制備Mg-Al雙層氫氧化物的納米級水滑石的方法。此外，韓國專利登記號10-775602公開了一種制備具有均勻粒度的水滑石的方法，其包括制備水溶性金屬鹽、堿性化合物和分散劑的混合物，將該混合物與第一金屬氫氧化物、第二金屬氫氧化物和中間層陰離子源相混合，分散該混合物，并在150-250°C 的反應溫度、5-30kgf/cm2的反應壓力下老化該分散后的混合物20分鐘到5小時的一段時間。然而，上述專利公開的制備水滑石的方法采用了一步合成方法，因此它難以使熱穩定性最大化。因此，存在對于制備能夠最大化熱穩定性的水滑石的方法的需求。
發明內容
技術問題
為了解決相關技術中面對的問題，本發明人對制備能夠最大化熱穩定性的水滑石的方法進行了詳盡、深入的研究，從而完成了本發明，結果發現，晶種形成使得CO32-離子最大穩定地處于Mg-Al層之間，然后進行結晶，因此制備出具有優良陰離子交換性能和熱穩定性的水滑石。技術方案
本發明提供了一種制備具有優良陰離子交換性能和熱穩定性、具有Mg-Al層狀復合結構的水滑石的方法。
圖1示出了通過根據本發明的制備水滑石的方法制備的水滑石顆粒的X射線衍射結果。圖2示出了通過根據本發明的制備水滑石的方法制備的水滑石晶種粒子的電子顯微鏡圖像(放大20，000倍)。圖3示出了通過根據本發明的制備水滑石的方法制備的水滑石初結晶粒子的電子顯微鏡圖像(放大20，000倍)。圖4示出了通過根據本發明的制備水滑石的方法制備的水滑石二次結晶粒子的電子顯微鏡圖像(放大20，000倍)。圖5示出了通過根據本發明的制備水滑石的方法制備的水滑石的熱穩定性測量結果。
具體實施例方式本發明提供了一種制備水滑石的方法，其包括
1)將鎂源、鋁源、碳酸根離子源和一堿源相混合，從而制備出混合物，然后在3(T8(TC 攪拌；Γ4小時，從而形成晶種，
2)將一堿源加入晶種中，升溫到9(T15(TC，然后反應1-12小時，同時保持溫度在 9(T15(TC，從而獲得初結晶的水滑石顆粒，
3)將鎂源、鋁源和碳酸根離子源加入初結晶的水滑石顆粒中，然后9(T15(TC進行反應1-18小時，從而獲得二次結晶水滑石顆粒，和
4)用蒸餾水清洗二次結晶水滑石顆粒，然后進行干燥。下面將對本發明進行詳細說明。根據本發明的制備水滑石的方法，其包括形成晶種并進行初結晶和二次結晶。具體來說，在根據本發明的方法中，形成晶種，使得CO32-離子最大穩定地處于Mg-Al層之間， 之后進行初結晶和二次結晶，從而制備出具有優良陰離子交換性能的水滑石。根據本發明的方法中使用的鎂源可包括(但不限于)選自下組中的一種或多種氯化鎂(MgCl2)、硫酸鎂(MgSO4)、硝酸鎂(MgNO3)、碳酸鎂(MgCO3)、氧化鎂(MgO)和氫氧化鎂 (Mg(0H)2)。鋁源可包括(但不限于)選自下組的一種或多種硫酸鋁(Al2 (SO4) 3)、氯化招 (Al2Cl3)和氫氧化鋁(Al2(OH)3)0碳酸根離子源可包括(但不限于)選自下組的一種或多種碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)和二氧化碳(CO2)。堿源可包括(但不限于)選自下組的一種或多種氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀 (KOH)、氫氧化鋰(LiOH)和氫氧化鈣(Ca(OH)2)。下面對根據本發明的制備水滑石的方法進行詳細說明。也就是說，將Hmol的鎂源、0. rimol鋁源、廣5mol碳酸根離子源、l(Tl5mol堿源放入一反應器中，然后在30_80°C、 優選40-60°C攪拌3-4小時，從而形成晶種。之后，將l(Tl5mol堿源加入晶種中，升溫到 9(T15(TC且優選10(Γ120 ，然后反應廣12小時，優選5 7小時，同時保持上述溫度，從而獲得初結晶的水滑石顆粒。之后，初結晶的水滑石顆粒添加廣3 mol鎂源、0.廣1 mol鋁源、廣5 mol碳酸根離子源，然后在9(Tl5(TC、優選10(Tl2(TC反應Γ18小時，優選8 15小時，從而獲得二次結晶的水滑石顆粒。之后，將二次結晶的水滑石顆粒用蒸餾水清洗并在 12(T18(TC干燥6 15小時。這樣，在反應物的pH保持在8 14，優選12-13的堿性范圍內的條件下進行反應。如果PH低于8，水滑石不能聚集或者反應發生遲緩。根據本發明的方法中使用的鎂與鋁的反應摩爾比(Mg/Al)為0.5-6.0，優選 1. 0-4. 0，更優選1. 5-3. 0。如果反應摩爾比(Mg/Al)落在上述范圍之外，結晶不會很好進行，并且熱穩定性逐漸降低。初結晶水滑石顆粒的平均粒徑為0. 5^1. 0 ，且二次結晶水滑石顆粒的平均顆粒為 1. 0 2· 0 。通過上述方法制備的水滑石可通過形成晶種使得C032_離子最大穩定地處于 Mg-Al層之間，之后進行初結晶和二次結晶而具有優良的陰離子交換性能和熱穩定性。因此，這樣制備的水滑石可有效的用作鹵素樹脂的熱穩定劑而不降低樹脂的性能。發明的最佳實施方式
通過以下實施例能夠更好的理解本發明，實施例的提出旨在示例，其不應被解釋為是對本發明的限制。實施例1:通過晶種的形成制備水滑石
向3L的反應器中，加入355mL的2 mol/L硫酸鎂(MgSO4)，然后攪拌，同時緩慢向其中加入332mL的0. 55 mol/L硫酸鋁(Al2(SO4)3)。此外，向其中緩慢加入59mL的3. Imol/ L碳酸鈉(Na2CO3),最后向其中加入177mL的12. 5mol/L氫氧化鈉(NaOH)，之后4(T60°C進行攪拌3、小時。在該過程中，形成了乳狀晶種。在形成晶種后，向晶種中加入329mL的 12. 5mol/L的氫氧化鈉(NaOH)，升溫到105°C，然后反應6小時，同時保持105°C的溫度，從而獲得初結晶的水滑石顆粒。之后，向初結晶的水滑石顆粒中緩慢加入660mL的2mol/L硫酸鎂(MgSO4)、617mL 的 0. 55mol/L硫酸鋁(Al2(SO4)3)和 IlOmL 的 3. 1 mol/L碳酸鈉(Na2CO3) 并攪拌。然后，反應進行9小時，同時保持溫度在105°C，從而獲得二次結晶的水滑石顆粒。 之后，將二次結晶的水滑石顆粒用蒸餾水清洗并在150°C干燥12小時。這樣，在反應物的 PH保持在12-13的情況下進行反應。初結晶水滑石顆粒的平均粒徑為0. 5^1. 0 ，且二次結晶水滑石顆粒的平均粒徑為 1. 0 2· 0 。通過根據本發明的方法制備的水滑石顆粒使用X射線衍射儀進行分析。結果顯示在圖1中。水滑石的晶種顆粒的電子顯微鏡圖像(放大20，000倍)顯示在圖2中，初結晶的水滑石顆粒的電子顯微鏡圖像(放大20，000倍)顯示在圖3中，二次結晶的水滑石顆粒的電子顯微鏡圖像(放大20，000倍)顯示在圖4中。比較實施例1 通過不形成晶種制備水滑石
向3L的反應器中，放入1，015mL的2 mol/L硫酸鎂(MgSO4)，然后攪拌，同時緩慢向其中加入949mL的0.55 mol/L硫酸鋁(Al2(SO4)3)。此夕卜，向其中緩慢加入169mL的3. 1 mol/L碳酸鈉(Na2CO3)，最后向其中加入506mL的12. 5mol/L氫氧化鈉(NaOH)，之后4(T60°C 進行攪拌30分鐘。之后，升溫到105°C，然后反應24小時，同時保持105°C的溫度，從而獲得水滑石顆粒。將獲得的水滑石顆粒用蒸餾水清洗并在150°C干燥12小時。試驗實施例1 熱穩定性測試
為了評價根據本發明的水滑石的熱穩定性，進行了如下測試。將實施例1的水滑石、比較實施例1的水滑石以及購自Kyowa Chemical的商品名為Alcamizer的商品中的每一個與PVC鹵代樹脂、增塑劑[鄰苯二甲酸二辛酯(D0P)、鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)]、金屬皂型輔助穩定劑[硬脂酸鋅(Zn- St)、硬脂酸鈣(Ca-St)] 相混合，從而制備出三種樣品。在表1中給出每個樣品的組成。 表 權利要求
1.一種制備水滑石的方法，包括1)將鎂源、鋁源、碳酸根離子源和一堿源相混合，從而制備出混合物，然后在3(T8(TC 攪拌；Γ4小時，從而形成晶種；2)將一堿源加入晶種中，升溫到9(T15(TC，然后反應1-12小時，同時保持溫度在 9(T15(TC，從而獲得初結晶的水滑石顆粒；3)將鎂源、鋁源和碳酸根離子源加入初結晶的水滑石顆粒中，然后9(T15(TC進行反應 1-18小時，從而獲得二次結晶的水滑石顆粒，和4)用蒸餾水清洗二次結晶的水滑石顆粒，然后進行干燥。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述鎂源包括選自下組的一種或多種氯化鎂(MgCl2)、硫酸鎂(MgSO4)、硝酸鎂(MgNO3)、碳酸鎂(MgCO3)、氧化鎂(MgO)和氫氧化鎂 (Mg(0H)2)。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述鋁源包括選自下組的一種或多種硫酸鋁 (Al2(SO4)3)、氯化招(Al2Cl3)和氫氧化鋁(Al2 (OH) 3)。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述碳酸根離子源包括選自下組的一種或多種 碳酸鈉(Na2CO3)、碳酸氫鈉(NaHCO3)和二氧化碳(CO2)。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述堿源包括選自下組的一種或多種氫氧化鈉 (NaOH)、氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鋰(LiOH)和氫氧化鈣(Ca(OH)2)。
6.根據權利要求1所述的方法，其中鎂與鋁的反應摩爾比為0.5-6. 0。
7.根據權利要求1所述的方法，其中步驟2)中獲得的初結晶的水滑石顆粒的平均粒度為 0. 5 1. 0 。
8.根據權利要求1所述的方法，其中步驟3)中獲得的二次結晶的水滑石顆粒的平均粒度為1. 0 2. 0 。
全文摘要
本發明公開了一種通過形成晶種使得CO32-離子最大穩定地處于Mg-Al層之間，然后進行初結晶和二次結晶制備具有優良陰離子交換性能和熱穩定性的水滑石的方法。
文檔編號C01F7/00GK102203013SQ200880131817
公開日2011年9月28日 申請日期2008年11月17日 優先權日2008年11月3日
發明者權五玲, 許任善 申請人:權五玲