[發明專利]具有高縱橫比的片狀硅酸鹽薄片

有效

• 申請號: 201880009223.0
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN110267914B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: H·卡洛;J·布羅伊;M·斯托特爾;M·達布
• 申請（專利權）人: 畢克化學有限公司
• 主分類號: C01B33/40
• 分類號: C01B33/40;C01B33/44;C04B14/20;C09K21/02;C09D7/61
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 張蓉珺;林柏楠

本發明涉及具有高縱橫比的2:1片狀硅酸鹽的片狀硅酸鹽薄片，制備這些片狀硅酸鹽薄片的方法和包含片狀硅酸鹽薄片的水分散體。本發明進一步涉及本發明片狀硅酸鹽薄片在生產復合材料中的用途，以及包含或者可使用片狀硅酸鹽薄片得到的相應復合材料，其更特別地用作擴散屏障或阻燃劑。

本發明涉及具有高縱橫比的2:1片狀硅酸鹽的片狀(sheet)硅酸鹽薄片(silicatelamellae)，制備這些片狀硅酸鹽薄片的方法和包含片狀硅酸鹽薄片的水分散體。本發明進一步涉及本發明片狀硅酸鹽薄片在制備復合材料中的用途，以及包含該片狀硅酸鹽薄片或者可使用該片狀硅酸鹽薄片得到的相應復合材料，更特別是用作擴散阻隔物或阻燃劑。

現有技術

由現有技術已知復合材料通過將這些復合材料與片狀硅酸鹽混合而制備，以便改進所得復合材料的機械性能。這樣還成功地實現了改進復合物體系的實際屏障性能。

發現該性能的改進程度關鍵性地取決于所用片狀硅酸鹽的縱橫比。縱橫比的概念非常通常地指微片(platelet)的平均直徑與微片高度的商。此處必須基本地區分各個薄片的縱橫比與2:1片狀硅酸鹽的剝落或分層試樣的平均縱橫比。各個薄片的縱橫比可使用原子力顯微鏡(AFM)測定。然而，由于相應測定的縱橫比的值不代表整個剝落或分層的2:1片狀硅酸鹽試樣，本發明使用所謂的剝落或分層的2:1片狀硅酸鹽的平均縱橫比。剝落或分層的2:1片狀硅酸鹽的平均縱橫比使用靜態光散射(SLS)測定。

基本原則是縱橫比越高，例如包含片狀硅酸鹽的復合材料的阻隔性能越好。

一般而言，片狀硅酸鹽包含具有幾納米至幾毫米的高度的稱為觸液取向膠(tactoids)的硅酸鹽薄片堆疊。在片狀硅酸鹽的情況下，取決于它們的組成和來源，微片直徑為幾納米至幾厘米。

已知片狀硅酸鹽的縱橫比可通過化學和/或物理處理，通過觸液取向膠沿著它們的堆疊軸開裂而在一定范圍內提高。該方法在文獻中稱為剝落。它可例如通過將可溶脹片狀硅酸鹽引入極性溶劑中而實現。

生產具有極端縱橫比的片狀硅酸鹽的基本要求是它們顯示出微片或觸液取向膠的相對大側向伸展(lateral extent)。側向伸展原則上隨著層電荷產生。然而，由于片狀硅酸鹽的層電荷上升，產生當引入極性溶劑中時這些片狀硅酸鹽不再剝落的問題。文獻中通常已知片狀硅酸鹽在水中僅剝落至≤0.55p.f.u.(每化學式單位)的層電荷(參見K.Jasmund，G.Lagaly，Tonminerale und Tone，Struktur，Eigenschaften，Anwendungenund Einsatz in Industrie und Umwelt，Steinkopff，Darmstadt 1993)。

鑒于該限制和生產具有極端縱橫比的片狀硅酸鹽的需求，現有技術中存在嘗試進行甚至具有該高層電荷的片狀硅酸鹽剝落或者甚至其分層，以導致開裂成各個薄片的大量方法。

例如，專利說明書US4,608,303、US3,325,340以及EP 0282928B描述了制備包含剝落的2:1片狀硅酸鹽的水分散體的方法。這些說明書中沒有區分剝落和分層的概念，因此，這些術語在其中錯誤地同義使用了。鑒于這些說明書的公開內容，可假定那里僅進行剝落。這些說明書中所有方法的共同特征是使所用2:1片狀硅酸鹽經受一次或多次與具有高水合焓的陽離子的離子交換反應，因此導致陽離子層溶脹。盡管這些說明書進行相應的交換反應和溶脹步驟，材料不在水中剝落；而是總是要求外部剪切力的附加作用以產生至少部分剝落。盡管剝落可用那里描述的方法產生，但外部剪切力的強制作用對溶脹的2:1片狀硅酸鹽有害，因此可例如引起觸液取向膠破裂。因此，這些方法不適于生產具有極端縱橫比的材料。