[发明专利]层状双氢氧化物的改性

说明书

技术领域

本发明涉及用于使层状双氢氧化物(层状双金属氢氧化物，layered double hydroxides，LDH)改性的方法，具体而言，通过利用使聚合物材料溶解于LDH分散体中的可选择的、后续步骤来分散LDH。本发明还涉及LDH在溶剂中的稳定分散体以及聚合物与LDH的复合材料。

背景技术

层状双氢氧化物(LDH)是包含两种金属阳离子并且具有层状结构的一类化合物。Structure and Bonding；Vol 119,2005Layered Double Hydroxides ed.X Duan and D.G.Evans中提供了LDH的综述。水滑石，或许是LDH的最知名的实例，已经研究了许多年。可以在LDH结构的层之间插入阴离子。WO 99/24139公开了应用LDH来分离包括芳族和脂肪族阴离子的阴离子。

LDH材料通常是亲水的，而且已证明它难以与通常疏水的材料形成LDH复合材料。然而，提供LDH/聚合物复合材料将是大大有利的。

提供在相对非极性溶剂中LDH的稳定分散体也是有利的。已尝试使LDH改性，从而能够形成稳定分散体或良好的复合材料。

WO-A-2007/065860涉及通过经由硅烷基团将有机阴离子化学连接至橡胶来制备橡胶和LDH的纳米复合材料的方法。

EP-A-2174909涉及含有通常为酸性的有机化合物的LDH以减弱含LDH聚合物的褪色。

WO-A-2007/06586涉及具有在其中插入的脂肪酸阴离子的LDH以促进与聚合物的相容性。

遗憾的是，直到现在，使LDH用作聚合物/LDH复合材料中的纳米填料的先决条件是使LDH薄片可与聚合物相容，这需要在聚合物或LDH并入聚合物基质之前对它们二者中的任一个进行适当且昂贵的处理。因此，以前试图使LDH/相对非极性的体系稳定需要复杂的处理并且常常不成功。此外，有机改性的LDH材料常常在相对低的温度下分解。

发明内容

本发明的目的在于解决这些问题。因此，在第一方面，本发明提供一种用于使层状双氢氧化物(LDH)改性的方法，该方法包括，(a)提供包含下式的层状双氢氧化物的材料：

[M^z+_1-xM'^y+_x(OH)₂]^q+(X^n-)_q/n.bH₂O

其中M和M'是金属阳离子，z是1或2，x是0.1至1，b是0至5，y是3或4，X是阴离子，n是1至3且q由x、y和z确定，(b)可选地用水以及易与水混溶的混合溶剂的混合物洗涤材料至少一次，和(c)用至少一种第一溶剂洗涤步骤a或b中得到的材料至少一次，第一溶剂是与水易混溶的并且优选具有在3.8至9范围内的溶剂极性(P')以获得改性的层状双氢氧化物。

基于由Snyder和Kirkland(Snyder,L.R.；Kirkland,J.J.In Introduction to modern liquid chromatography,2nd ed.；John Wiley and Sons:New York,1979；pp 248-250,)报告的实验溶解度数据并且如下面实施例部分中的表格所描述定义溶剂极性(P')。

对MgFeZn/Al LDH而言，M可以是单一的金属阳离子或者不同的金属阳离子例如Mg、Zn、Fe的混合物。优选的M是Mg、Zn、Fe、Ca或这些的两种或多种的混合物。

优选地，z是2并且M是Ca或Mg或Zn或Fe。

优选地，M'是Al。

优选的LDH是Mg/Al、Ca/Al或Zn/Al。

优选地，材料中所包含的LDH粒子的粒径在1nm至50微米、优选1nm至20微米、更优选5nm至20微米且最优选10nm-20微米的范围内。

通常任何尺寸的LDH粒子都可以在该范围内，但是，优选地，LDH粒子具有该一个或多个范围内的厚度(基本上垂直于粒子的层)。

虽然通常在用本发明的方法改性之后可以使用上达至20微米的LDH粒子或者使其分散于非极性溶剂中，但是通常粒子越小，胶体溶液越稳定，而且对基于wt％的聚合物复合材料的影响越大。因此，优选具有20微米或更小的粒径的LDH。

优选地，LDH粒子的长宽比将在30nm至1500nm(如薄片面积/薄片厚度所确定)、优选80至500nm且更优选100nm至350nm的范围内。