水滑石的结构和性质以及市场应用介绍.doc

1 水滑石的结构和性质 水滑石是一类具有特殊结构和性能的无机化合物结晶体，化学名称为碱式碳酸镁、铝水合物，英文名称为Hydrotalcite。自然界中所见到的自然状态的水滑石，数量很少，仅在俄罗斯、挪威等少数地区以矿物形式存在。由于此类化合物有独特的性质和特点，各国用化学合成方法，相继投人科研力量，研制出百余种结构不同的水滑石，其中一些品种已经投入工业化生产。水滑石作为新颖的化工产品，在化学工业、塑料工业、医药业中得到广泛的应用。水滑石结构与水镁石Mg(OH)2结构相似，由MgO6八面体组成菱形单元层，由于Mg与AL离子半径相近，层板上Mg与AL离子相间排列，Mg与AL层带正电荷，两侧为带负电的OH-层，再外侧为碳酸根与H20层。 水滑石受热时，低于200℃，仅释放少量结晶水；在280℃左右，释放的都是游离水(结晶水)；高于350℃时，丢失水及碳酸根离子转化的C02；直到450℃左右，丢失的都是水和C02。低于500℃，分解过程仍是可逆的。水滑石热分解曲线如图1所示。 图 1: 水滑石热分解曲线 应用于农膜的水滑石要求颗粒度较小，理想状态是球型结构，目前生产合成水滑石的公司和专利较多，专利和专论文献每年有百篇，其中报道较多的常用水滑石分子式见表1. 水滑石结构中还可含有其他金属离子，因此水滑石是一类化合物，它的主要性质和特征相同，结构和性能是有差异的。 2 水滑石在农用薄膜中的作用 水滑石在农膜中的应用有很多优点：增透、缓释、保温、与光稳定剂有协同和热稳定作用等，使水滑石与其他缓释剂相比有显著的优越性。 2.1 水滑石的增透作用 在农膜中透光性能可用两个概念来表述：透光率和透明度。透光率是透过农膜光线的光通量与入射光的光通量之比(用％来表示)，透射光包括直射光和散射光。透明度是直射光的透过能力，不包括散射光，一般用雾度来表示。雾度是偏离入射光方向的散射光光通量与透过光光通量之比。因此，雾度大也就是透明度不高。 冬季，为了提高塑料大棚内的温度，增加农作物产量，我国北方地区希望使用透光性能好、雾度低的农膜来铺设，主要用于反季节栽培的日光温室。 水滑石在农膜中增透作用通过三个途径来实现：增加结晶晶核、减小水滑石颗粒尺寸、相近的折光率。 2.1.1 结晶晶核 农膜中树脂以结晶态和非结晶态(无规状态)存在。光线在无规树脂中不发生折射，所以透光率高。PVC树脂是无规结构，结晶度5％-10％，透光率90％。聚烯烃树脂结晶度高，透光率不如PVC树脂。 农膜常用树脂透光率对比如下： PVCEVALDPELLDPE 农膜中树脂结晶度越高，结晶尺寸越大，材料非均相结构越明显，入射光的折射损耗越大，造成农膜的雾度高、透明度低。 树脂中加入水滑石，由于其尺寸小、数量大，相当于在树脂中增加结晶中心，起着类似成核剂的作用，使薄膜中晶体数量增加、尺寸减小，减少光的折射，增加薄膜的透光性。 2.1.2水滑石颗粒尺寸 水滑石颗粒尺寸一般较小，例如水滑石HT-P的平均粒径98％以上1μm，100％3μm。一般的缓释剂粒径大，使入射光受到阻隔，增加了雾度。面水滑石则因粒径小，对光线阻隔比其他缓释剂少得多，因此雾度小。表2列出了各种缓释剂的平均粒径。 2.1.3 相近的折光率 光线射入农膜中，遇到固体颗粒(包括树脂晶体)，都会发生折射和反射现象。不透明的颗粒阻碍光线通过，产生反射和漫散射；透明颗粒由于折光率不同会产生折射，如果折光率与树脂相近似，折光现象小，通过农膜的光线损耗小，提高了农膜的透光性能。 由于水滑石与PE树脂折光率相近，在农膜中添加水滑石，产生的折光现象较小，使农膜的透光性能高于其他缓释剂。各种缓释剂及LDPE的折光率见表3。 2.2 水滑石的缓释作用 水滑石是无机化合物结晶体，具有颗粒尺寸小、表面积大的特性，因为其表面呈多孔结构，所以具有较大的吸油能力(见表4)，对农膜中流滴剂有缓释作用。 2.3 水滑石的保温作用 影响保温的因素有二个：增加入射光，减少辐射热。与其他保温剂相比，加入水滑石的薄膜透光率高，白天增加棚内入射光线，提高了栅温。晚上，由于水滑石红外线透过率低，降低了辐射热的损失，增加了农膜的保温性能。 通过对图5、图6中两个物质红外线透过宰相比较，看出水滑石的红外线透过率明显小于滑石粉。在夜晚时，含有水滑石的薄膜红外线辐射热损失较少，因此，比用加有滑石粉的薄膜时棚内温度高。表5列出各种缓释剂红外线透过率，表中显示水滑石的红外线透过率最低，含有水滑石的薄膜的保温性能最好。 2.4 光稳定协同作用 水滑石能吸附薄膜中酸性基团，使光稳定剂免受酸性基团的攻击，保护了光稳定剂。水滑石的层状结构能够吸附重金属离子，降低了薄膜的降解作用，因此水滑石与光稳定剂有协同作用。 2.5 热稳定作用水滑石能够吸附酸性基团，在PVC中起热稳定剂作用，与其他热稳