一种晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺制造技术

本发明专利技术涉及一种晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺。包括步骤如下：(1)将水和醇类溶剂混合，得到混合溶液，然后将金属氢氧化物和金属氧化物分散在混合溶液中，搅拌均匀后研磨0.5～2h，得到水滑石浆料；(2)将水滑石浆料升温至80～180℃，维持温度0.5～2h，通入二氧化碳气体升压至8～10Mpa，维持压力0.5～1.5h，然后降压至1～2Mpa，维持压力2～4小时，再加入有机配体，接枝改性反应0.5～2h，得到纳米水滑石。本发明专利技术制备出晶型可控的水滑石三维晶体，调控水滑石径厚比为1～2，水滑石晶粒的比表面积为15～25m2/g，通过SEM电镜可以测量纳米水滑石粒径为300～500nm，激光衍射散射法测量纳米水滑石粒度主要分布在0.5～1.5μm，具有良好的分散性、着色性、耐热老化性和吸酸性。耐热老化性和吸酸性。

【技术实现步骤摘要】
一种晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺


[0001]本专利技术涉及一种晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺，属于水滑石制备


技术介绍

[0002]水滑石是一种具有三维层状结构的晶体物质，目前市面应用最广的为碳酸根型水滑石，它由双层层板和层间阴离子组成，层板由二价和三价的金属阳离子及羟基组成，比如常见的由氢氧化镁和氢氧化铝构成的层板，层板之间包含碳酸根离子(CO3‑2)和结晶水。碳酸根型水滑石(以下简称水滑石)粒子在聚氯乙烯(PVC)树脂中，将捕获通过聚氯乙烯劣化产生的氯化氢(HCl)或氯，此时，其层间的水分子(H2O)及碳酸根离子(CO3‑2)会放出CO2及水分子。由于具有这种特性，因此，水滑石粒子在现有技术中被广泛用作现有的抗酸剂、聚烯烃类树脂的齐格勒
·
纳塔残留物的中和剂、氯化树脂的稳定剂，而其晶粒大小、径厚比、比表面积等参数对其在聚合物中的分散性、耐热老化性、着色性有着直接影响。
[0003]较为常用的水滑石生产技术为离子工艺，以可溶性金属盐为原料，离子工艺可较好的调控水滑石晶体形貌，制备出不同晶粒大小、径厚比、比表面积的水滑石粒子，可较好的应用于不同种类聚合物中，但是这种工艺会产生较多没有利用价值的盐类，为了去除水滑石内含有的钠(Na)盐或其他盐类而必须得去进行数次洗涤。进而产生的大量污水及副产物，导致生产性低下、制造成本增加、恶化环境等问题。
[0004]中国专利文献CN1994888A公开了一种层状复合金属氢氧化物的清洁制备方法。中国专利文献CN101905869A公开了一种层状复合金属氢氧化物的制备方法。但是这两种方法制备的水滑石粒子二次平均粒子大或比表面积大时，与树脂的分散性会较差，并且这两种方法在使用如铁或锰的金属时，也会降低其在聚合物中的耐热老化性和着色性。
[0005]中国专利文献CN103108907A公开了钠含量控制在极微量的水滑石、其制造方法及含有其的合成树脂组成物。其中提及二氧化碳制备水滑石的工艺，但其二氧化碳通入量较少，二氧化碳不能快速与其它固体原料充分接触，在水滑石生长过程中不能有效调控晶体形貌，导致其在聚合物的分散性、着色性劣化。
[0006]为了解决以上问题，非常有必要开发一种无副产物、清洁化且可调控的水滑石晶型的生产工艺。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺。
[0008]本专利技术的技术方案如下：
[0009]一种晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺，包括步骤如下：
[0010](1)将水和醇类溶剂混合，得到混合溶液，然后将金属氢氧化物和金属氧化物分散在混合溶液中，搅拌均匀后研磨0.5～2h，得到水滑石浆料；
[0011](2)将水滑石浆料升温至80～180℃，维持温度0.5～2h，通入二氧化碳气体升压至8～10Mpa，维持压力0.5～1.5h，然后降压至1～2Mpa，维持压力2～4小时，再加入有机配体，接枝改性反应0.5～2h，得到纳米水滑石。
[0012]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述水为去离子水，醇类溶剂为乙醇、乙二醇、丙醇或丙三醇中的一种或多种。
[0013]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述水和醇类溶剂的体积比为1：(0.05～0.3)。
[0014]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述金属氧化物为ZnO、Li2O、La2O3或CaO中的一种或多种；所述金属氢氧化物为Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物。
[0015]进一步优选的，所述金属氧化物和金属氢氧化物的摩尔比为(0～0.3)：(0.7～1)；所述Mg(OH)2和Al(OH)3的摩尔比为(0.7～1)：(0.3～0.35)。
[0016]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述研磨后的金属氢氧化物和金属氧化物的粒径D98均在20μm以下。
[0017]根据本专利技术优选的，步骤(1)中，所述金属氢氧化物和金属氧化物总质量与水和醇类溶剂混合溶液的质量体积比为(500～600)：3，单位为kg/m3。
[0018]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，所述有机配体的添加量为水滑石浆料质量的3～5％。
[0019]根据本专利技术优选的，步骤(2)中，所述有机配体为羧酸和三聚氰胺的混合物。
[0020]进一步优选的，所述羧酸和三聚氰胺的质量比为1:1。
[0021]进一步优选的，所述羧酸为乳酸。
[0022]本专利技术还提供根据上述制备方法所制得的纳米水滑石。
[0023]本专利技术合成的纳米水滑石分子式为[(Mg)
y M(II)
z
]1‑
x
(Al)
x
(OH)
12
(CO3)2‑
·
mH2O。
[0024]式中，M(II)是为金属离子的Zn
2+
、Ca
2+
、Li
2+
，x、y、z及m是符合下述条件的值：0.3≤x<0.35，y+z＝1，0.7≤y≤1，0≤z≤0.3，0≤m<1。
[0025]本专利技术的技术特点：
[0026]本专利技术以金属氧化物和金属氢氧化物为原料，以水和醇的混合溶液为溶剂，并在反应前将原料进行了研磨，由于二氧化碳在超临界状态下溶解能力超强，反应迅速，为保证原料反应的均匀性和一致性，因此研磨非常有必要。然后在反应过程中处于醇的超临界状态，具有类似液体的流动性和气体的穿透力特性，可以降低水滑石粒子表面张力，控制水滑石横向生长速率；然后通入二氧化碳，通过调整二氧化碳浓度和压力来控制水滑石纵向生长速率，获得适宜的径厚比。再以有机配合物作为纳米离子的包裹剂，来控制水滑石晶粒大小，获得适宜的比表面积。同时在超临界状态下二氧化碳具有较好的溶解能力和反应活性，可快速溶解原料并同时生成部分水滑石晶核，这个过程非常快速，在超临界状态下水滑石晶核形成后可以得到快速分散，从而防止形成“片层团聚”现象。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]1、本专利技术通过在超临界状态下反应、控制二氧化碳浓度和添加有机配体，可以有效防止晶体生长过程中吸附层及扩散层形成，从而实现通过对二维前体进行有效组装，制备出晶型可控的水滑石三维晶体，并在反应过程中调控水滑石径厚比为1～2，水滑石晶粒的比表面积为15～25m2/g，通过SEM电镜可以测量纳米水滑石粒径为300～500nm，激光衍射散射法测量纳米水滑石粒度主要分布在0.5～1.5μm。此结构使得本专利技术制备的纳米水滑石
在聚合物中具有良好的分散性、着色性、耐热老化性和吸酸性。
[0029]2、本专利技术产品水滑石结晶度高，粒径均匀，用于聚合物树脂加热成型加工时具有耐热劣化性优秀，对树脂具有如高分散性、非凝聚性、耐冲击强度的优秀特性，特别是Na
+
含量离子控制在80ppm以下，从而可以抑制树脂挤压加工中的着色，抑制发生废料。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺，其特征在于，包括步骤如下：(1)将水和醇类溶剂混合，得到混合溶液，然后将金属氢氧化物和金属氧化物分散在混合溶液中，搅拌均匀后研磨0.5～2h，得到水滑石浆料；(2)将水滑石浆料升温至80～180℃，维持温度0.5～2h，通入二氧化碳气体升压至8～10Mpa，维持压力0.5～1.5h，然后降压至1～2Mpa，维持压力2～4小时，再加入有机配体，接枝改性反应0.5～2h，得到纳米水滑石。2.如权利要求1所述的晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述水为去离子水，醇类溶剂为乙醇、乙二醇、丙醇或丙三醇中的一种或多种。3.如权利要求1所述的晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述水和醇类溶剂的体积比为1：(0.05～0.3)。4.如权利要求1所述的晶型可调控的纳米水滑石超临界合成工艺，其特征在于，步骤(1)中，所述金属氧化物为ZnO、Li2O、La2O3或CaO中的一种或多种；所述金属氢氧化物为Mg(OH)2和Al(OH)3的混合物。5.如权利要求4所述的晶型可调控的...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚超，
申请(专利权)人：山东长泽新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：