一种以蛭石为原料制备PVC热稳定剂的方法技术

本发明专利技术以矿石矿为原料，利用蛭石的层状结构特点，通过拆除两层硅氧四面体中间的铝氧八面体一层，获得层状硅氧四面体和再制备层状铝氧八面体，实现蛭石的层间拆分，制备PVC热稳定剂的方法。具体地说由蛭石矿，经微波膨胀，获得膨胀蛭石；再利用离子搅拌剥离，获得纳米级蛭石片。根据硅氧四面体不溶于酸和铝氧八面体易溶于酸，再通过酸溶拆分蛭石，得到固体层状二氧化硅(硅氧四面体)。酸溶液经分级沉淀法，出去溶液中的铁离子，再经快速成核，水洗清除盐离子等杂质，最后通过水热法控制晶体的生长，制备纳米尺度的层状氢氧化物(铝氧八面体)。获得的二氧化硅和氢氧化物通过溶剂置换和分散法，成功实现了热稳定剂与PVC混合，克服了纳米尺度二氧化硅和氢氧化物的团聚和再分散的难题。本发明专利技术选用我国优势矿产蛭石作为原料，制备PVC热稳定剂，具有原料来源广泛、成本低廉、工艺简单、无毒、易于推广应用等优点；另外，原矿蛭石制备出了高效的热稳定剂，克服了现有价格高或含铅等有毒热稳定剂的缺点，对推动蛭石高附加值产品开发具有重要的理论和实际意义。

Method for preparing PVC heat stabilizer by using vermiculite as raw material

The invention uses ore as raw material, using the characteristics of layered structure of vermiculite, by removing the middle two layers of silicon oxygen tetrahedron and the aluminum eight surface layer, obtain layered silicon oxygen tetrahedron and prepared eight layered alumina surface, realize the vermiculite interlayer separation, preparation method of PVC heat stabilizer. Specifically by vermiculite ore by microwave expansion, obtained by ion mixing vermiculite; then peel, obtain nanometer vermiculite. According to the silicon oxygen tetrahedron, insoluble in acid and aluminum eight surface body soluble in acid and the acid soluble split vermiculite, solid layered silica (silicon oxygen tetrahedron). Acid solution by precipitation method, out of iron ions in solution, followed by rapid nucleation, eliminating the impurity ion and water, finally through hydrothermal method to control the crystal growth of layered double hydroxide preparation nanometer scale (at eight sides). The heat stabilizer and PVC were successfully synthesized by the solvent replacement and dispersion method, and the problem of agglomeration and dispersion of nanometer silica and hydroxide was overcome. The invention uses the advantages of our country mineral vermiculite as raw materials, preparation of PVC heat stabilizer has the advantages of wide raw material sources, low cost, simple process, non-toxic, easy popularization and application; in addition, the vermiculite was prepared by heat stabilizer, and overcomes the defects of high price or lead and other toxic heat stabilizers on the disadvantages promote the vermiculite with high added value has important theoretical and practical significance for product development.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及一种以蛭石为原料制备PVC热稳定剂的方法，具体涉及PVC热稳定剂的制备方法，尤其是一种PVC管材专用无毒热稳定剂。
技术介绍
：聚氯乙烯(PVC)树脂是五大通用塑料之一(PE聚乙烯、PP聚丙烯、PVC聚氯乙烯、PS聚苯乙烯、ABS)，是一种应用十分广泛的热塑性塑料。PVC材料具有高机械强度、价格低廉，耐化学腐蚀性好(耐浓盐酸、浓度为90％的硫酸、浓度为60％的硝酸和浓度20％的氢氧化钠)、电绝缘性好以及难燃烧(阻燃值为40以上)等优点，具有稳定的物理化学性质，不溶于水、酒精、汽油，气体、水汽渗漏性低等特点，广泛应用于工程建筑、食品包装、电气等行业的硬质和软质品。在全球范围内，PVC树脂的需求量位于聚乙烯、聚丙烯之后，居第三位；而其消费量在国内已经升至第一位。2010年，世界上PVC年需求量将达3700万吨，2011年我国PVC产能将达到2200万吨左右，稳居世界第一位。随着我国PVC生产工艺的日益成熟及在地方政府的支持下，近年来，面临全球金融危机的影响，PVC也得到了稳步发展，2015年伴随国家产业转型和淘汰落后产能的政策落实，国内PVC产能还是达到了2348万吨/年。在全球范围内，我国PVC树脂产业已取得了产能、产量及消费量三个第一。虽然PVC具有诸多的优点，但却有一个致命的缺点，即热稳定性能差。PVC高分子链结构中含有支化点、双键和引发剂残基等不稳定因素的存在，使得PVC分子链上的氯容易从分子链上脱出，当加热到140℃时就开始降解，放出氯化氢，而通常的PVC加工成型温度在160-200℃左右。当温度升高时，HCl大量脱出并积累在材料中，由于HCl对PVC降解具有催化作用，使得PVC降解速度大大加快，脱出HCl后分子链中大量形成具有色的共轭双键，制品出现颜色急剧加深，一般经历由白色-黄色-棕色-褐色直至黑色的过程，物理机械性能下降的现象，甚至炭化直至丧失使用价值。因此，加工成型时，PVC配方中必须加入热稳定剂。热稳定剂作为PVC最关键的加工助剂，在PVC工业中有着重要作用和地位，热稳定剂行业与PVC行业相互依存相互促进。20世纪30年代，铅盐的出现首先解决了PVC的热降解问题，也是最早使用的热稳定剂，但随着人们环保意识的增强，其毒性大、污染严重的问题极大地限制了应用。目前市场上PVC热稳定剂主要有铅稳定剂、钙锌稳定剂、有机锡稳定剂、钡镉盐类稳定剂、水滑石稳定剂等。长期以来具有价廉和性能优良特点的铅盐和钡镉盐类稳定剂一直主导着世界PVC热稳定剂市场，但铅、钡及镉等重金属盐对人体和生态环境均存在较为严重的毒性问题，世界发达国家己对铅及镉盐的使用进行了极为严格的限制，我国自2003年起也拉开了全面禁铅的序幕。目前，美国、欧盟等世界发达国家己禁止使用铅镉类热稳定剂。因此，随着传统有毒害热稳定剂逐渐被淘汰，热稳定剂行业受到了巨大的冲击，寻找开发新型环保型热稳定剂成为了热稳定剂行业乃至整个PVC行业函待解决的关键问题。我国热稳定剂行业还面临着诸多问题，如缺少足够的研发经费、缺乏高水平的专业人才、科研与生产脱节；产品原始创新不足，品种少；环保化进程速度慢，产品结构不合理；企业生产规模小、产品质量差错不齐等。以上诸多问题的存在严重限制了我国热稳定剂行业的发展。目前对的PVC热稳定剂研究已得到深入开展，新的制备原料也将不断地出现，更为重要的是能否找到一种廉价和无毒的PVC热稳定剂，将会成为今后成为研发的重点。蛭石是我国有较好资源远景和潜在优势的非金属矿产之一，是一种重要的非金属矿物，蛭石的化学式：(Mg，Fe，Al)8(Si，Al)4O10(OH)2·4H2O，它是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，属层状硅酸盐，价廉易得。蛭石能耐高温，是热的不良导体，具有良好的电绝缘性；膨胀蛭石易于吸水性和吸湿性；高温下膨胀，易于剥离。蛭石具有较好的层间阳离子交换能力、膨胀能力、吸附能力、隔音性、隔热性、耐火性、耐冻性等特点，并且化学性质稳定，不溶于水，无毒、无味，无副作用，工业上主要是利用其良好的吸附性能和离子交换性能处理含重金属和有机阳离子的废水、制备抗菌材料和保温材料、蛭石助滤剂、净化剂和有机蛭石等。蛭石是典型的无机层状材料，两层硅氧四面体中间夹杂一层铝氧八面体，如果能够把中间的铝氧八面体分离出来，对蛭石进行拆分，提高蛭石的比表面积的利用率，获得铝氧八面体氢氧化物产品，充分挖掘蛭石各组成部分的功能，制备蛭石新型材料，应用于PVC热稳定剂，对蛭石高附加值产品的开发将具有重要的理论和实际意义。
技术实现思路
：本专利技术的目的是克服现有技术的不足，充分利用蛭石自身层状结构的特性，提供一种以蛭石为原料制备PVC热稳定剂的方法，该制备的材料可用作PVC热稳定剂。本专利技术的另一个目的是提供一种以无机层状蛭石为基体的通过拆分的方法构建新材料的方法，即在无机层状蛭石层间剥离的方法。该方法具有简单，效率高，低成本等优点的，开发蛭石新产品，以及实现蛭石新材料的工业应用。本专利技术提供的以蛭石为原料制备的新材料是：以蛭石为原料，通过拆除两层硅氧四面体中间的铝氧八面体一层，获得层状硅氧四面体和再制备层状铝氧八面体，实现了蛭石的层状材料的拆分，并将制备的层状材料用作PVC热稳定剂。本专利技术可以通过以下技术方案实现：一种以蛭石为原料制备PVC热稳定剂的方法，其特征在于它包括以下步骤进行：第一步：蛭石预处理：原矿蛭石经洗涤干燥，粉碎和微波膨胀，得到膨胀蛭石(备用)；第二步：膨胀蛭石经粉碎，放入过氧化氢溶液中，加热搅拌剥离后，再加入稀酸，调节PH值到1，加热反应，离心分离获得上清液和固体，固体经洗涤即为二氧化硅热稳定剂；第三步：将第二步所得上清液，用氢氧化钠溶液调节PH值到3，加热絮凝，过滤除去红色的固体氢氧化铁，得到过滤液；在高速搅拌下，过滤液和氢氧化钠与碳酸钠混合溶液同时逐渐倒入容器中，反应一定时间后，经离心分离得到固体；固体再分散到蒸馏水中，再离心，重复洗涤3～5次后，再分散到蒸馏水中，放入反应釜中，加热反应；反应完后，经离心分离得到固体，即为氢氧化物热稳定剂；第四步：将第二步得到的二氧化硅热稳定剂或第三步得到氢氧化物热稳定剂加入到乙醇溶液中，经搅拌超声辅助离心洗涤3～5次后，再加入乙醇经搅拌超声辅助分散后，加入PVC粉，再经搅拌超声辅助分散，获得均一悬浮液，离心分离得到固体二氧化硅或氢氧化物和PVC混合料，干燥，得到均匀的热稳定剂和PVC固体混合料；第五步：在第四步得到的热稳定剂和PVC固体混合料中，加入塑化剂，加热塑化，制得PVC产品。本专利技术的进一步方案是第一步蛭石粉碎至1～80目；微波功率为500～3000W，膨胀时间为0.5～30分钟。本专利技术的进一步方案是第二步膨胀蛭石粉碎100～200目，过氧化氢浓度为3～30％(质量分数)，搅拌剥离温度为30～100℃，搅拌剥离时间为0.5～12天；稀酸是指盐酸、硫酸、硝酸，稀酸浓度为0.01～15％(质量分数)，加入稀酸反应温度为60～100℃，反应时间为0.5～15小时。本专利技术的进一步方案是第三步氢氧化钠溶液浓度为0.05～1mol/L；絮凝温度为50～180℃，絮凝时间为0.5～24小时；氢氧化钠与碳酸钠比例为：1∶0.1～1，氢氧化钠和碳酸钠的浓度均为0.01～1mol\本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以蛭石为原料制备PVC热稳定剂的方法，其特征在于它包括以下步骤进行：第一步：蛭石预处理：原矿蛭石经洗涤干燥，粉碎和微波膨胀，得到膨胀蛭石(备用)；第二步：膨胀蛭石经粉碎，放入过氧化氢溶液中，加热搅拌剥离后，再加入稀酸，调节PH值到1，加热反应，离心分离获得上清液和固体，固体经洗涤即为二氧化硅热稳定剂；第三步：将第二步所得上清液，用氢氧化钠溶液调节PH值到3，加热絮凝，过滤除去红色的固体氢氧化铁，得到过滤液；在高速搅拌下，过滤液和氢氧化钠与碳酸钠混合溶液同时逐渐倒入容器中，反应一定时间后，经离心分离得到固体；固体再分散到蒸馏水中，再离心，重复洗涤3～5次后，再分散到蒸馏水中，放入反应釜中，加热反应；反应完后，经离心分离得到固体，即为氢氧化物热稳定剂；第四步：将第二步得到的二氧化硅热稳定剂或第三步得到氢氧化物热稳定剂加入到乙醇溶液中，经搅拌超声辅助离心洗涤3～5次后，再加入乙醇经搅拌超声辅助分散后，加入PVC粉，再经搅拌超声辅助分散，获得均一悬浮液，离心分离得到固体二氧化硅或氢氧化物和PVC混合料，干燥，得到均匀的热稳定剂和PVC固体混合料；第五步：在第四步得到的热稳定剂和PVC固体混合料中，加入塑化剂，加热塑化，制得PVC产品。...

【技术特征摘要】
1.一种以蛭石为原料制备PVC热稳定剂的方法，其特征在于它包括以下步骤进行：第一步：蛭石预处理：原矿蛭石经洗涤干燥，粉碎和微波膨胀，得到膨胀蛭石(备用)；第二步：膨胀蛭石经粉碎，放入过氧化氢溶液中，加热搅拌剥离后，再加入稀酸，调节PH值到1，加热反应，离心分离获得上清液和固体，固体经洗涤即为二氧化硅热稳定剂；第三步：将第二步所得上清液，用氢氧化钠溶液调节PH值到3，加热絮凝，过滤除去红色的固体氢氧化铁，得到过滤液；在高速搅拌下，过滤液和氢氧化钠与碳酸钠混合溶液同时逐渐倒入容器中，反应一定时间后，经离心分离得到固体；固体再分散到蒸馏水中，再离心，重复洗涤3～5次后，再分散到蒸馏水中，放入反应釜中，加热反应；反应完后，经离心分离得到固体，即为氢氧化物热稳定剂；第四步：将第二步得到的二氧化硅热稳定剂或第三步得到氢氧化物热稳定剂加入到乙醇溶液中，经搅拌超声辅助离心洗涤3～5次后，再加入乙醇经搅拌超声辅助分散后，加入PVC粉，再经搅拌超声辅助分散，获得均一悬浮液，离心分离得到固体二氧化硅或氢氧化物和PVC混合料，干燥，得到均匀的热稳定剂和PVC固体混合料；第五步：在第四步得到的热稳定剂和PVC固体混合料中，加入塑化剂，加热塑化，制得PVC产品。2.根据权利要求1所述的一种以蛭石为原料制备PVC热稳定剂的方法，其特征在于：第一步蛭石粉碎至1～...

【专利技术属性】
技术研发人员：田维亮，葛振红，陈明鸽，秦少伟，舒尊哲，袁秀玲，李江明，连前进，卜明，曹鹏飞，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65