一种水滑石及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种水滑石及其制备方法。本发明专利技术采用低温水浴和高温水热结合的方法制备水滑石。采用将氧化镁与有机弱酸结合，然后加入碳酸氢钠，在低温水热条件下使其产生高活性中间体[Mgx(OH)y(H2O)z]n+。铝酸钠的加入一方面与碳酸氢钠结合产生无定形氢氧化铝，另一方面[Mgx(OH)y(H2O)z]n+吸附无定型氢氧化铝和碳酸根形成水滑石晶核，然后，晶核在水热条件下结晶长大形成水滑石晶体。成核过程由于有机弱酸的加入，促进氧化镁参与反应的速率，提高了成核速率，从而形成的水滑石晶核是所理想的晶核。核。

【技术实现步骤摘要】
一种水滑石及其制备方法


[0001]本专利技术属于无机材料制备领域，具体涉及水滑石的制备。

技术介绍

[0002]水滑石是一种层状双氢氧化合物，在阻燃剂、热稳定剂、成核剂、紫外抑制剂以及红外吸收剂中都有应用，且具有很好的使用效果。目前主要作为吸酸剂、PVC热稳定剂及复合热稳定剂、PO膜用保温剂、PVDC热稳定剂、PVC消烟剂以及阻燃剂等助剂在高分子材料加工过程中被应用，其中PVC热稳定剂用量最大。
[0003]水滑石的晶格结构有三种，即3R晶型、2H晶型以及2H/3R错位堆砌的晶型。其晶型结构如图1所示，其中，3R晶型和2H/3R错位堆砌的晶型是合成水滑石主要得到的。这两种晶型结构的XRD图谱如图2所示，图3为两者XRD图谱对比的局部放大图。两者都有003,006的两个主要峰，而012,015,018不同点在于，错位堆砌的晶型其012锋位的XRD显示为鱼鳍状不对称峰，015,018峰位椭状不对称峰。另外，在1010和0111峰位，错位堆砌的峰完全消失。这是由于2H和3R错位堆砌的晶型，由于其晶型的不规则性，导致其XRD图谱出现非对称的峰形，错位堆砌的水滑石具有较3R晶型高的比表面积，所以市场期待晶型为2H和3R错位堆砌的水滑石，而且粒度尽可能地小，这种水滑石由于比表面积大，所以吸酸能力较强，在塑料应用中具有良好的性能。
[0004]为了合成2H与3R错位堆砌晶型的水滑石，由于晶体的每一层堆砌可能产生错位，对合成水滑石的原料、合成工艺比较苛刻。CN 111566050A利用氧化镁、铝酸钠与二氧化碳进行反应制备水滑石，其中心为低结晶度的铝源与氧化镁反应，该工艺在后期结晶中生成的水滑石主要为3R晶型。CN113461037A利用氧化镁、氢氧化镁与氢氧化铝、氧化铝在转化剂作用下通过水热反应生成水滑石，这种工艺所得水滑石晶型还是3R晶型。
[0005]但是，市场上合成粒度较小、2H与3R错位堆砌晶型的水滑石往往采用共沉淀法制备，其副产物为氯化钠、硝酸钠这些难以处理的物质，其污水处理是一大难题，实际生产中环保难以过关，这类生产多集中在沿海地区。另外，CN105293541A利用碳酸氢镁和铝酸钠共沉淀制备水滑石，碳酸氢镁的成本较高，难以实现工业生产。CN109111654A利用氢氧化镁、氢氧化铝在高温高压条件下通入CO2气体制备水滑石，这种生产方法对设备要求较高。CN106745118A以氢氧化镁为镁源、以氢氧化铝为铝源，碳酸氢钠为碳源制备水滑石的方法具有一定的局限性，水滑石粒度难以达到1μm以下。其他工艺难以合成具有理想晶型的水滑石。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种环保的超细粒径的水滑石的制备方法，合成主要为2H/3R错位堆砌晶型的水滑石。
[0007]本专利技术的水滑石制备方法包括以下步骤：
[0008]1)称取一定量的氧化镁与有机弱酸和水混合、浆化，搅拌反应；
[0009]2)将碳酸氢钠加入到步骤1)得到的浆液中，在水浴条件下搅拌反应；
[0010]3)将铝酸钠溶液加入步骤2)后的浆液中，搅拌；
[0011]4)将浆料放入高压釜中，进行水热反应；
[0012]5)反应结束后，料液经过过滤、干燥、粉碎，得到水滑石。
[0013]本专利技术采用低温水浴和高温水热结合的方法制备水滑石。采用将氧化镁与有机弱酸结合，然后加入碳酸氢钠，在低温水热条件下使其产生高活性中间体[Mg
x
(OH)
y
(H2O)
z
]n+
。铝酸钠的加入一方面与碳酸氢钠结合产生无定形氢氧化铝，另一方面[Mg
x
(OH)
y
(H2O)
z
]n+
吸附无定型氢氧化铝和碳酸根形成水滑石晶核。然后，晶核在水热条件下结晶长大形成水滑石晶体。成核过程由于有机弱酸的加入，促进氧化镁参与反应的速率，提高了成核速率，从而形成的水滑石晶核是所理想的晶核。
[0014]本专利技术的工艺可以制备粒度在200～400nm的水滑石，而且，副产物全部转化为碳酸钠，碳酸钠可以通过苛化，生成碳酸钙、氢氧化钠。氢氧化钠又可以用于制备铝酸钠。实现了生产上的零排放。
附图说明
[0015]图1水滑石三种晶格的示意图；
[0016]图2是水滑石3R晶型与2H、3R错位堆砌晶型的XRD图谱对比；
[0017]图3是图2的局部放大；
[0018]图4是实施例1和对比例1所得氧化镁浆料中氧化镁增重速率对比；
[0019]图5是实施例和对比例获得样品的XRD图谱对照图；
[0020]图6是实施例1
‑
6与对比例1
‑
5所得产品的电镜对比；
[0021]图7是实施例和对比例获得PVC样品的抗变色稳定性试验照片对比。
具体实施方式
[0022]专利技术人发现，在水滑石生成过程中，如果能较快速地成核，则每一层晶体晶型的排序是随机的；如果成核速率较慢，则水滑石晶核更容易形成较为稳定的3R晶核。因此，如果采取技术手段来提高成核速率，就可以获得错位堆砌的晶型，产生水滑石的比表面积就越大。
[0023]本专利技术中，首先将氧化镁与有机弱酸用水浆化，浆化可以通过搅拌进行，使得有机弱酸均匀分散地附着在氧化镁表面。然后往浆液中加入碳酸氢钠，在水浴条件下搅拌反应适宜时间，这个过程中，产生高活性中间体[Mg
x
(OH)
y
(H2O)
z
]n+
A
n
‑
，A
n
‑
为碳酸根、碳酸氢根、有机弱酸根。
[0024]步骤3)中，将铝酸钠溶液加入到上面所得的浆料中，维持搅拌，使得pH值不再变动为止。优选用碱或者前述有机弱酸调节pH值到10～12。然后进行步骤4)，将混合液置于高压釜中进行水热反应，反应温度优选控制在170
‑
200℃。反应结束后，将浆料冷却、过滤，滤饼再经干燥、粉碎，即得到水滑石。
[0025]本专利技术中，反应过程分为两步，第一步是低温预反应，生成水滑石晶核；第二步是高温水热反应，生成水滑石晶体。
[0026]预反应过程中，由于有机弱酸的加入，加速了氧化镁参与反应的速率，促使氧化镁
参与反应形成高活性中间体。本专利技术的实施例中，用加有有机弱酸的氧化镁浆料与未加入有机弱酸的氧化镁浆料在相同时间下搅拌一定时间，对比其增重比率，来分析氧化镁增重比率，增重比率越高说明其可参与成核的有效成分越多。增重百分比以公式w％＝(m2*(1
‑
ω％)
‑
m1)/m1计算，其中m1代表加入氧化镁的质量，m2代表氧化镁浆料的质量，ω％代表氧化镁浆料的含水率。
[0027]本专利技术中，预反应过程需要快速成核，有机弱酸的加入可以促进水滑石的晶核形成，并能够形成理想的3R与2H错位堆砌的晶型。这可以实验来验证：将氧化镁加入水中水化，取相同增重率的两种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水滑石制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)称取一定量的氧化镁与有机弱酸和水混合、浆化，搅拌反应；2)将碳酸氢钠加入到步骤1)得到的浆液中，在水浴条件下搅拌反应；3)将铝酸钠溶液加入步骤2)后的浆液中，搅拌；4)将浆料放入高压釜中，进行水热反应；5)反应结束后，料液经过过滤、干燥、粉碎，得到水滑石。2.根据权利要求1所述的方法，其中，有机弱酸用量为氧化镁质量的0.5％
‑
1.5％。3.根据权利要求1所述的方法，其中，碳酸氢钠的量为氧化镁摩尔量的0.25
‑
0.5倍。4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤2)中水浴温度为60～80℃。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓川，陈红武，裴广斌，何炜杰，
申请(专利权)人：洛阳中超新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：