水滑石在塑料薄膜中的應(yīng)用課件

水滑石在聚氯乙烯中的應(yīng)用

陳祖欣2008.8衡水1水滑石在聚氯乙烯中的應(yīng)用陳祖欣1

內(nèi)容提要水滑石的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)水滑石在聚氯乙烯中的作用1.熱穩(wěn)定作用2.阻燃作用3.改性作用水滑石應(yīng)用時(shí)注意事項(xiàng)1.水滑石的分散性2.加工工藝的調(diào)整3.水滑石的品質(zhì)水滑石的品種與規(guī)格結(jié)論2內(nèi)容提要水滑石的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)2水滑石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)什么是水滑石？水滑石是無(wú)機(jī)化合物中一類(lèi)化合物，其化學(xué)名稱(chēng)為層狀雙羥基復(fù)合金屬氫氧化物，英文名稱(chēng)為Hydrotalcites。水滑石化學(xué)組成包括二、三價(jià)輕金屬氫氧化物、羥基、碳酸根離子和結(jié)晶水。

水滑石分子結(jié)構(gòu)表示式

Mn1

Nn2+3(OH)n3(CO3)n4

?mH2O3水滑石的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)什么是水滑石？3

水滑石立體結(jié)構(gòu)示意圖

白色球代表羥基，兩層羥基間黃色球代表二價(jià)金屬鎂離子，黑色球代表三價(jià)金屬鋁離子，在二層羥基層下有綠色球代表水分子、蘭色球代表碳酸根離子。二價(jià)鎂離子可以由鈣、鋅、銅等離子替代，三價(jià)鋁離子可以由鉻、鐵等離子替代，組成類(lèi)水滑石。陰離子可以由硝酸根、硫酸根、硬脂酸根、十一烯酸根等替代。二價(jià)金屬離子與三價(jià)金屬離子比例不同，調(diào)整陰離子數(shù)量和種類(lèi)，可以組合成各種性能的水滑石。OH-Al+++CO3--H2OMg++4水滑石立體結(jié)構(gòu)示意圖白色球代表羥基，兩層羥

典型水滑石DHT--4A層狀結(jié)構(gòu)

分子式Mg4.5Al2(OH)13CO3.3.5H2O羥基層間距為4.77?，水滑石層間距為7.63?。5典型水滑石DHT--4A層狀結(jié)構(gòu)

分子式Mg水滑石在工業(yè)中的應(yīng)用及特性熱穩(wěn)定劑（吸酸劑）增透劑紫外線(xiàn)吸收劑保溫劑光穩(wěn)定協(xié)同劑萃滅劑（萃滅剩余催化劑的降解）阻燃劑及阻燃協(xié)同劑催化劑載體水處理劑胃藥基礎(chǔ)成分

水滑石具有高度安全性，通過(guò)FDA標(biāo)準(zhǔn)，適用于食品包裝。與樹(shù)脂的相容性好，可適用于硬質(zhì)樹(shù)脂、纖維、彈性體和所有共聚物。6水滑石在工業(yè)中的應(yīng)用及特性熱穩(wěn)定劑（吸酸劑）6水滑石在聚氯乙烯中的作用1.熱穩(wěn)定作用

聚氯乙烯是國(guó)內(nèi)最常用的、用量最大的塑料品種，它具有價(jià)格便宜、高力學(xué)性能、生產(chǎn)工藝成熟等優(yōu)點(diǎn)，但熱穩(wěn)定性差是其突出的弱點(diǎn)。在聚氯乙烯中使用的熱穩(wěn)定劑品種繁多，水滑石無(wú)論作為單獨(dú)的熱穩(wěn)定劑，還是與其他穩(wěn)定劑復(fù)合，復(fù)配成復(fù)合熱穩(wěn)定劑都具有良好的熱穩(wěn)定效果。目前已推出有與有機(jī)錫、鈣鋅、鋇鋅等復(fù)合的熱穩(wěn)定劑。7水滑石在聚氯乙烯中的作用1.熱穩(wěn)定作用7

水滑石的熱穩(wěn)定機(jī)理Cl-替代層間的CO=3Mg(OH)2+HCl=MgCl2+H2Al(OH)3+HCl=AlCl3+H2O聚氯乙烯熱降解反應(yīng)是分子鏈中脫出HCl氣體，如何消除HCl，中止降解反應(yīng)是熱穩(wěn)定的關(guān)鍵。8

水滑石對(duì)PVC熱穩(wěn)定性的影響圖中顯示水滑石與有機(jī)錫復(fù)合穩(wěn)定劑對(duì)PVC剛果紅變色時(shí)間的影響9水滑石對(duì)PVC熱穩(wěn)定性的影響圖中顯示水滑石與有機(jī)錫水滑石對(duì)PVC熱分解溫度的影響圖中顯示水滑石與有機(jī)錫復(fù)合穩(wěn)定劑對(duì)PVC熱分解溫度的影響，說(shuō)明水滑石與有機(jī)錫共用，提高了PVC熱穩(wěn)定性。10水滑石對(duì)PVC熱分解溫度的影響圖中顯示水滑石與有熱穩(wěn)定作用實(shí)例1：

水滑石與有機(jī)錫復(fù)合用于硬質(zhì)聚氯乙烯制品，在用量比三鹽、二鹽低時(shí),效果相接近。試樣PVCLDHs有機(jī)錫三鹽二鹽HstPE蠟熱分解溫度110020.2264.02100110.2279.03100320.30.2285.7410030.30.2284.4說(shuō)明水滑石與有機(jī)錫復(fù)合應(yīng)用有協(xié)同效應(yīng)，已在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。由于潤(rùn)滑性較差，LDHs與有機(jī)錫的比例，有調(diào)整的余地。國(guó)外報(bào)道復(fù)配時(shí)還加入β-二酮、高氯酸等。11熱穩(wěn)定作用實(shí)例1：水滑石與有機(jī)錫復(fù)合用于熱穩(wěn)定作用實(shí)例2：

水滑石與鈣鋅穩(wěn)定劑復(fù)合成鈣鋅穩(wěn)定劑6l9系列，用于電纜絕緣和護(hù)套料中，取得較好效果。

PVCCaCO3DOPHStESO穩(wěn)定劑619W110030400.587619W210045400.564應(yīng)用復(fù)合熱穩(wěn)定劑電纜料耐熱老化性能電纜絕緣和護(hù)套料配方12熱穩(wěn)定作用實(shí)例2：水滑石與鈣鋅穩(wěn)定劑復(fù)合成型號(hào)性能用量標(biāo)準(zhǔn)要求檢測(cè)指標(biāo)619W1(J-90)拉伸強(qiáng)度/MPa7≥16.034.40斷裂伸長(zhǎng)率/%7≥150312619W2(J-70)拉伸強(qiáng)度/MPa4≥15.029.80斷裂伸長(zhǎng)率/%4≥150302應(yīng)用復(fù)合熱穩(wěn)定劑電纜料電性能應(yīng)用復(fù)合熱穩(wěn)定劑電纜料力學(xué)性能13型號(hào)性能用量標(biāo)準(zhǔn)要求檢測(cè)指標(biāo)619W1(J-90)拉伸強(qiáng)度/

試樣PVCLDHBa-Zn環(huán)氧大豆油HstPE蠟DOPT/110020.260279.1210040.260280.93100220.260277.74100330.30.260273.5水滑石與Ba-Zn穩(wěn)定劑復(fù)合用于軟質(zhì)聚氯乙烯制品，優(yōu)于Ba-Zn穩(wěn)定劑。熱穩(wěn)定作用實(shí)例3：14試樣PVCLDHBa-Zn環(huán)氧大豆油HstPE蠟DO熱穩(wěn)定作用實(shí)例4：鈣鎂鋁三元類(lèi)水滑石的熱穩(wěn)定性穩(wěn)定劑名稱(chēng)熱變色時(shí)間(分)405060708090100未加水滑石7------鈣鎂鋁類(lèi)水滑石0122357鈣鋁類(lèi)水滑石1234467鎂鋁水滑石233446715熱穩(wěn)定作用實(shí)例4：鈣鎂鋁三元類(lèi)水滑石的熱穩(wěn)定性穩(wěn)定劑名稱(chēng)熱變2.阻燃作用

聚氯乙烯電線(xiàn)、電纜、壁紙、地板革、裝飾材料中含有較多的增塑劑，一旦遇到火源、受到高溫,聚氯乙烯會(huì)分解出氯化氫、芳香烴類(lèi)有毒有害氣體，由于燃燒不充分，還會(huì)產(chǎn)出大量煙霧，窒息性氣體，給消防造成困難，造成大量經(jīng)濟(jì)損失。這是常用塑料遇到的難題之一。為了阻燃曾經(jīng)采用許多材料,多溴化合物目前歐盟有許多禁令，水滑石是一種高效的阻燃新產(chǎn)品。162.阻燃作用聚氯乙烯電線(xiàn)、電纜、壁紙、地板革水滑石的阻燃消煙機(jī)理在高溫條件下，水滑石金屬離子不會(huì)燃燒，水滑石層間水分子會(huì)游離出來(lái)，層間羥基會(huì)分解生成水。燃燒時(shí)水分子變成水蒸氣，CO3=

受熱分解釋放出CO2,因而起阻燃作用。水滑石特殊的層狀結(jié)構(gòu)，賦予它較大的表面積和呈多孔狀結(jié)構(gòu)，具有更多的吸附活性中心，可吸附燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的煙霧。水滑石受熱分解后，形成堿性多孔物質(zhì)，比表面積大，也能吸收塑料燃燒后產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，也有消煙作用。17水滑石的阻燃消煙機(jī)理在高溫條件下，水滑石金屬水滑石的熱分解曲線(xiàn)第一個(gè)吸熱峰為水滑石結(jié)構(gòu)中水分子的逸出，第三亇吸熱峰為陽(yáng)離子配位體中結(jié)構(gòu)水和二氧化碳的逸出。在高溫下釋放的水分和二氧化碳是阻隔有機(jī)物燃燒的必要條件。水滑石熱分解曲線(xiàn)第一分解溫度18水滑石的熱分解曲線(xiàn)第一個(gè)吸熱峰為水滑石結(jié)構(gòu)

阻燃作用實(shí)例1：

在PVC中添加3~5份水滑石，使最大煙密度降30%

水滑石對(duì)PVC燃燒時(shí)抑煙效率PVC有煙燃燒時(shí)，升溫速度快生成煙數(shù)量大，加入水滑石后，熱分解時(shí)，吸收熱量和釋放CO2，提高抑煙效果。水滑石份數(shù)有煙燃燒時(shí)抑煙效率%無(wú)煙燃燒時(shí)抑煙效率%347.731.6540.030.519阻燃作用實(shí)例1：

阻燃作用實(shí)例2：當(dāng)納米水滑石與納米氧化鋅復(fù)合配比為3：2時(shí)，對(duì)軟質(zhì)聚氯乙烯有很好的抑制阻燃協(xié)同作用。LDHs/ZnO用量/份034567煙密度等級(jí)95.7976.2375.4170.1170.3271.81極限氧指數(shù)25.532.532.532.532.032.5拉伸強(qiáng)度MPa23.6224.3523.3623.2122.9823.32斷裂伸長(zhǎng)率％346.0343.2331.6338.9312.5307.720阻燃作用實(shí)例2：當(dāng)納米水滑石與納米氧3.改性作用

水滑石含量對(duì)改性聚氯乙烯抗沖強(qiáng)度的影響抗沖強(qiáng)度水滑石含量鈦偶聯(lián)劑處理硅偶聯(lián)劑處理未處理213.改性作用水滑石含量對(duì)改性聚氯乙烯抗沖強(qiáng)度的影響抗水滑水滑石含量對(duì)改性聚氯乙烯拉伸強(qiáng)度的影響鈦偶聯(lián)劑處理硅偶聯(lián)劑處理未處理拉伸強(qiáng)度水滑石22水滑石含量對(duì)改性聚氯乙烯拉伸強(qiáng)度的影響鈦偶聯(lián)劑處理拉水滑石2

水滑石應(yīng)用時(shí)注意事項(xiàng)

1.水滑石的分散性水滑石屬于固體填料類(lèi)物質(zhì)，細(xì)度小，表現(xiàn)密度小，尤其納米級(jí)產(chǎn)品，單位重量產(chǎn)品表面積非常大，顆粒易產(chǎn)靜電產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象。由于水滑石為無(wú)機(jī)產(chǎn)品與高分子材料相容性不好，所以產(chǎn)品表面必須進(jìn)行處理，以增加與高分子材料的結(jié)合。分散效果與樹(shù)脂種類(lèi)、分散劑品種、加工機(jī)械、加工工藝有關(guān)。23水滑石應(yīng)用時(shí)注意事項(xiàng)1.水滑石的分散性23

水滑石在高聚物中的分布

水滑石為無(wú)定形片狀顆粒，圖中顯示顆粒最大尺寸小于1μ。24水滑石在高聚物中的分布水滑石為無(wú)定形片狀2.加工工藝的調(diào)整

助劑功能的發(fā)揮有助劑的品質(zhì)和應(yīng)用方法兩個(gè)因素決定的。加入水滑石后，在加工工藝上應(yīng)有調(diào)整。除要注意水滑石的分散性外，還應(yīng)不超過(guò)第一分解溫度，有時(shí)加工溫度并不高，但由于剪切速率過(guò)大，造成局部過(guò)熱，使水滑石中水分析出，在產(chǎn)品中形成許多氣泡，氣泡往往是加工中溫度過(guò)高或剪切力過(guò)大形成的。在已有配方中，用水滑石代替部分原有的熱穩(wěn)定劑時(shí)，對(duì)配方要作適當(dāng)調(diào)整。加入水滑石，有時(shí)會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑性不足，應(yīng)造當(dāng)調(diào)整潤(rùn)滑體系。252.加工工藝的調(diào)整

助劑功能的發(fā)揮有助劑的品質(zhì)和應(yīng)用方3.水滑石的品質(zhì)

從水滑石的結(jié)構(gòu)來(lái)看，有許多種類(lèi)，由于功能設(shè)計(jì)不同，已見(jiàn)發(fā)表的品種有上百種，但其功能是差不多的。選擇水滑石要注意兩點(diǎn)，顆粒度和分布。通常要求顆粒度小一些和顆粒分布范圍窄，顆粒分布太寬或顆粒分布上有大拖尾，應(yīng)用時(shí)會(huì)造成困難。典型的水滑石分子式如下：天然水滑石Mg6Al2(OH)6CO3·4H2OCA#合成水滑石Mg5[Al(OH)6]2CO3(OH)2141644-89-5Mg6[Al(OH)6]2CO3(OH)412304-65-3Mg9[Al(OH)]4(CO3)2(OH)2141644-88-4Mg4.5Al(OH)13CO3·H2O156721-37-8

263.水滑石的品質(zhì)

從水滑石的結(jié)構(gòu)來(lái)看，有許多種顆粒分布有大拖尾的產(chǎn)品顆粒分布窄的產(chǎn)品27顆粒分布有大拖尾的產(chǎn)品顆粒分布窄的產(chǎn)品27水滑石的品種和規(guī)格日本某化學(xué)公司HT-P規(guī)格分子式Mg4.5Al2(OH)13CO3.mH2O外觀：白色細(xì)微粉末平均顆粒度：1μm揮發(fā)份：0.4%PH值：8.5~9.5比表面積：10m2/g特點(diǎn)：顆粒度較細(xì)28水滑石的品種和規(guī)格日本某化學(xué)公司HT-P規(guī)格28廣東某公司SIPAXAC-106規(guī)格外觀：白色粉末MgO/Al2O3：4.0～5.0加熱減量（105±3℃）：≤1.5%細(xì)度（D50）：1.0um重金屬：≤10ppm（以鉛計(jì)）表觀密度:0.10~0.30g/cm3

特點(diǎn)：顆粒度較細(xì)29廣東某公司SIPAXAC-106規(guī)格外觀：白色粉末29大連某公司鎂鋁水滑石

白度：>90％MgO/Al2O3：4.0～5.0加熱減量：<1.0％重金屬：≤10ppm（以鉛計(jì)）平均粒徑：<5um顆粒小于10um：>99％PH值：