水滑石在塑料薄膜中的应用课件

水滑石在聚氯乙烯中的应用

陈祖欣

2008.8衡水1

内容提要水滑石的结构与性质水滑石在聚氯乙烯中的作用

1.热稳定作用

2.阻燃作用

3.改性作用水滑石应用时注意事项

1.水滑石的分散性

2.加工工艺的调整

3.水滑石的品质水滑石的品种与规格结论2水滑石的结构和性质什么是水滑石？水滑石是无机化合物中一类化合物，其化学名称为层状双羟基复合金属氢氧化物，英文名称为Hydrotalcites。水滑石化学组成包括二、三价轻金属氢氧化物、羟基、碳酸根离子和结晶水。

水滑石分子结构表示式

Mn1

Nn2+3(OH)n3(CO3)n4

•mH2O3

水滑石立体结构示意图

白色球代表羟基，两层羟基间黄色球代表二价金属镁离子，黑色球代表三价金属铝离子，在二层羟基层下有绿色球代表水分子、兰色球代表碳酸根离子。二价镁离子可以由钙、锌、铜等离子替代，三价铝离子可以由铬、铁等离子替代，组成类水滑石。阴离子可以由硝酸根、硫酸根、硬脂酸根、十一烯酸根等替代。二价金属离子与三价金属离子比例不同，调整阴离子数量和种类，可以组合成各种性能的水滑石。OH-Al+++CO3--H2OMg++4

典型水滑石DHT--4A层状结构

分子式Mg4.5Al2(OH)13CO3.3.5H2O羟基层间距为4.77Ǻ，水滑石层间距为7.63Ǻ

。5水滑石在工业中的应用及特性热稳定剂（吸酸剂）增透剂紫外线吸收剂保温剂光稳定协同剂萃灭剂（萃灭剩余催化剂的降解）阻燃剂及阻燃协同剂催化剂载体水处理剂胃药基础成分

水滑石具有高度安全性，通过FDA标准，适用于食品包装。与树脂的相容性好，可适用于硬质树脂、纤维、弹性体和所有共聚物。6水滑石在聚氯乙烯中的作用1.热稳定作用

聚氯乙烯是国内最常用的、用量最大的塑料品种，它具有价格便宜、高力学性能、生产工艺成熟等优点，但热稳定性差是其突出的弱点。在聚氯乙烯中使用的热稳定剂品种繁多，水滑石无论作为单独的热稳定剂，还是与其他稳定剂复合，复配成复合热稳定剂都具有良好的热稳定效果。目前已推出有与有机锡、钙锌、钡锌等复合的热稳定剂。7

水滑石的热稳定机理Cl-替代层间的CO=3Mg(OH)2+HCl=MgCl2+H2Al(OH)3+HCl=AlCl3+H2O聚氯乙烯热降解反应是分子链中脱出HCl气体，如何消除HCl，中止降解反应是热稳定的关键。8水滑石对PVC热稳定性的影响图中显示水滑石与有机锡复合稳定剂对PVC刚果红变色时间的影响9水滑石对PVC热分解温度的影响图中显示水滑石与有机锡复合稳定剂对PVC热分解温度的影响，说明水滑石与有机锡共用，提高了PVC热稳定性。10热稳定作用实例1：

水滑石与有机锡复合用于硬质聚氯乙烯制品，在用量比三盐、二盐低时,效果相接近。试样PVCLDHs有机锡三盐二盐HstPE蜡热分解温度110020.2264.02100110.2279.03100320.30.2285.7410030.30.2284.4说明水滑石与有机锡复合应用有协同效应，已在实际生产中得到应用。由于润滑性较差，LDHs与有机锡的比例，有调整的余地。国外报道复配时还加入β-二酮、高氯酸等。11热稳定作用实例2：

水滑石与钙锌稳定剂复合成钙锌稳定剂6l9系列，用于电缆绝缘和护套料中，取得较好效果。

PVCCaCO3DOPHStESO稳定剂619W110030400.587619W210045400.564应用复合热稳定剂电缆料耐热老化性能电缆绝缘和护套料配方12型号性能用量标准要求检测指标619W1(J-90)拉伸强度/MPa7≥16.034.40断裂伸长率/%7≥150312619W2(J-70)拉伸强度/MPa4≥15.029.80断裂伸长率/%4≥150302应用复合热稳定剂电缆料电性能应用复合热稳定剂电缆料力学性能13

试样PVCLDHBa-Zn环氧大豆油HstPE蜡DOPT/110020.260279.1210040.260280.93100220.260277.74100330.30.260273.5水滑石与Ba-Zn稳定剂复合用于软质聚氯乙烯制品，优于Ba-Zn稳定剂。热稳定作用实例3：14热稳定作用实例4：钙镁铝三元类水滑石的热稳定性稳定剂名称热变色时间(分)405060708090100未加水滑石7------钙镁铝类水滑石0122357钙铝类水滑石1234467镁铝水滑石2334467152.阻燃作用

聚氯乙烯电线、电缆、壁纸、地板革、装饰材料中含有较多的增塑剂，一旦遇到火源、受到高温,聚氯乙烯会分解出氯化氢、芳香烃类有毒有害气体，由于燃烧不充分，还会产出大量烟雾，窒息性气体，给消防造成困难，造成大量经济损失。这是常用塑料遇到的难题之一。为了阻燃曾经采用许多材料,多溴化合物目前欧盟有许多禁令，水滑石是一种高效的阻燃新产品。16水滑石的阻燃消烟机理在高温条件下，水滑石金属离子不会燃烧，水滑石层间水分子会游离出来，层间羟基会分解生成水。燃烧时水分子变成水蒸气，CO3=

受热分解释放出CO2,因而起阻燃作用。水滑石特殊的层状结构，赋予它较大的表面积和呈多孔状结构，具有更多的吸附活性中心，可吸附燃烧过程中产生的烟雾。水滑石受热分解后，形成碱性多孔物质，比表面积大，也能吸收塑料燃烧后产生的酸性物质，也有消烟作用。17水滑石的热分解曲线第一个吸热峰为水滑石结构中水分子的逸出，第三亇吸热峰为阳离子配位体中结构水和二氧化碳的逸出。在高温下释放的水分和二氧化碳是阻隔有机物燃烧的必要条件。水滑石热分解曲线第一分解温度18

阻燃作用实例1：

在PVC中添加3~5份水滑石，使最大烟密度降30%

水滑石对PVC燃烧时抑烟效率

PVC有烟燃烧时，升温速度快生成烟数量大，加入水滑石后，热分解时，吸收热量和释放CO2，提高抑烟效果。水滑石份数有烟燃烧时抑烟效率%无烟燃烧时抑烟效率%

3

47.7

31.6

5

40.0

30.519

阻燃作用实例2：当纳米水滑石与纳米氧化锌复合配比为3：2时，对软质聚氯乙烯有很好的抑制阻燃协同作用。LDHs/ZnO用量/份034567烟密度等级95.7976.2375.4170.1170.3271.81极限氧指数25.532.532.532.532.032.5拉伸强度MPa23.6224.3523.3623.2122.9823.32断裂伸长率％346.0343.2331.6338.9312.5307.7203.改性作用

水滑石含量对改性聚氯乙烯抗冲强度的影响抗冲强度水滑石含量钛偶联剂处理硅偶联剂处理未处理21水滑石含量对改性聚氯乙烯拉伸强度的影响钛偶联剂处理硅偶联剂处理未处理拉伸强度水滑石22

水滑石应用时注意事项

1.水滑石的分散性水滑石属于固体填料类物质，细度小，表现密度小，尤其纳米级产品，单位重量产品表面积非常大，颗粒易产静电产生团聚现象。由于水滑石为无机产品与高分子材料相容性不好，所以产品表面必须进行处理，以增加与高分子材料的结合。分散效果与树脂种类、分散剂品种、加工机械、加工工艺有关。23

水滑石在高聚物中的分布

水滑石为无定形片状颗粒，图中显示颗粒最大尺寸小于1µ

。242.加工工艺的调整

助剂功能的发挥有助剂的品质和应用方法两个因素决定的。加入水滑石后，在加工工艺上应有调整。除要注意水滑石的分散性外，还应不超过第一分解温度，有时加工温度并不高，但由于剪切速率过大，造成局部过热，使水滑石中水分析出，在产品中形成许多气泡，气泡往往是加工中温度过高或剪切力过大形成的。在已有配方中，用水滑石代替部分原有的热稳定剂时，对配方要作适当调整。加入水滑石，有时会导致润滑性不足，应造当调整润滑体系。253.水滑石的品质

从水滑石的结构来看，有许多种类，由于功能设计不同，已见发表的品种有上百种，但其功能是差不多的。选择水滑石要注意两点，颗粒度和分布。通常要求颗粒度小一些和颗粒分布范围窄，颗粒分布太宽或颗粒分布上有大拖尾，应用时会造成困难。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

26颗粒分布有大拖尾的产品颗粒分布窄的产品27水滑石的品种和规格日本某化学公司HT-P规格分子式Mg4.5Al2(OH)13CO3.mH2O

外观：白色细微粉末平均颗粒度：1μm

挥发份：0.4%

PH值：8.5~9.5

比表面积：10m2/g

特点：颗粒度较细28广东某公司SIPAXAC-106规格外观：白色粉末MgO/Al2O3

：4.0～5.0加热减量（105±3℃）：≤1.5%细度（D50）：1.0um重金属：≤10ppm（以铅计）表观密度:0.10~0.30g/cm3

特点：颗粒度较细29大连某公司镁铝水滑石

白度：>90％MgO/Al2O3

：4.0～5.0加热减量：<1.0％重金属：≤10ppm（以铅计）平均粒径：<5um颗粒小于10um：>99％PH值：7~9

特点：有白度指标30韩国APS-30规格(类水滑石)分子式CaNaAl2O3(SiO2)2.4H2O外观：白色细微粉末平均颗粒度：3.5μm主晶层厚度：1.2μm挥发份：4%PH值：