TW200902446A - Magnesium hydroxide nanoparticles, methods of making same and compositions incorporating same - Google Patents

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200902446 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-種氫氧化鎂奈錄子、製備氫氧化鎂奈米粒 :之方法’以及其組成物，特別是有關於—種使用具有至少兩個 B此基之有機劑所製備而摘氫氧傾奈米粒子，其巾有機劑之 吕能基會影響奈米粒子之大彳、、形狀且/或分散性。 【先前技術】 _王世界經常發生且又非常危險的火災。每—年，都會有人喪 〒於火九巾’而且―旦發生火災也會造成經濟上的損失。根據統 計數字，由火災造成的財政損失，相當於〇 2%至〇 3%的歐洲與北 美國豕的國民生產毛額(Gross National Product; GNP)，不僅如此， 包括在歐顚北美發展巾_家，更有上千人因火災而喪命。 可以细各種不同材料來製成具有較少毒性之防火材料。防 火材料通常制於歸中之填充㈣，以及耻抑侧燒與產生 煙霧之材料。 ^目前’許多有用的化合物都可以用來作為防火材料，例如無 機物、有機石粦酸鹽與函化物等，冑常用於塑膠與其他材質上。氡 氧化鎂是-種習知的防火材f，由於氫氧化鎂的操作性能、價^ 與=毋性等優勢，因此’氫氧化鎂已逐漸成為該領域的研究熱點。 近幾年來’每年約有將近—千萬_氫氧傾，被應用在防火的 用途上。 虱氧化鎂是一種適用於塑膠之無酸、不含_素的防火材料。 200902446 溫度超過3靴以上時，氫氧化射的兩個氫氧離子 刀解成氣化鎂與水，其反應式如下所示。 又… Μ§(〇Η)2 -> Mg〇+ h2〇 i316J/g 由於魏傾需錄高溫財會分解，耻蝴於其他防火 峨的吸收的熱量也相對較高。舉例來說，當溫 :^魏化鋁(alumu職她ydroxide ; ATH)才會分 ；：Γ"Γ(ΟΗ)3"Αΐ2〇3+3Η2°1051 二’峨氧化鎂所需消耗的能量，比分解氣氧她所需之 月匕里、，，夕265 J/g。除此之外，相較於氯氧化链，可以 的分解溫度，在麵^认綠化鎂。 、 氫氧化鎂分解後的產物，例如水與氧化鎂，不具有毒性。其 中热機狀恶的氧化鎂為鹼性，當加熱至燃燒溫度時，其可能降 低酉夂! 生腐钱性氣體會形成且/或從塑膠中分離。 γ 77氫氧化鎂過程中所形成的氣態水’會發展成火焰，因 & :氧氣與稀敎錢體。含翻防火材質之炭，具有相同功 月匕、3^乳化鎂之加熱絕緣材質可以在塑膠表面上形成，以便於 、、 此來，當發生燃燒現象時，則能降低易燃分解物 轉換成至氣態之流量。 氩氧化鎂般會以粉狀物加入塑膠中。為了獲得所需的防火 ΓΓ需要在麵中力认相當高含量聽氧化鎂。在㈣情況下， 風氧化鎮的會吾I# 与等於塑膠材質的重量。然而，具有大量微粒狀 200902446 物’其抗拉強度(tensile strength)與塑膠材質之其他物理特性會有不 好的表現。具有大量氫氧傾的歸會吸收水，因而降低抗拉強 度並且會增加老化速率。 【發明内容】 —鑒於以上的問題，本發明的主要目的在於提供—種新賴的氯 氧化鎂奈米粒子的製程、新穎的氫氧傾奈麵子的製備方法， 以及-種難贼氧傾奈綠仅組祕。树日⑽提供之氯 氧化鎂奈餘子係使用-有機分㈣，具有有_的奈米粒子其 顆粒較小、操作性能較好，而且相較於6知的氫氧化鎂粒子，本 發明之也氫氧化!貞奈米粒子在聚合物巾具有較佳的分散性。 根據本發明之-實闕’本㈣之氫氧化鎂奈米粒子之製備 方法包含下列步驟：步驟(1) ’提供複數個顧子(即為離子）。步驟 (11) ’提供複數個有機分散劑分子，該些有機劑分子包含至少一官 能基群組，1¾官能基群_選自於躲(eafbGxyl)、縣㈣b〇n^)、 胺(amine)、醯胺(amide)、具有一孤對電子對之氮、半乙縮醛 (hemiacetal)、硫醇幾基(carb〇xy thi〇1)、硫醇_〇1卜續酸細版^ acid)、鹵磺醯(sulfonyl hahde)、鹵醯(acyi細也換其衍生物所組成 之群組之一。步驟(iii)，反應有機劑分子與鎂原子，以形成一中間 鎂化合物。步驟(iv)，以一鹼處理中間鎂化合物，以形成複數個氫 氧化鎂粒子。步驟(v)，混合步驟(iv)所得之氫氧化鎂粒子與具有 C!至Qo個碳原子之一碳氫化合物(hydr〇carb〇n)，以提供更多的拒 200902446 水性(hydropliobic)。 氫氧化錄子細搞中職化合物㈣成。在 子時，有機分散劑分子會影響奈米粒子的大小與形狀。不 上述之分散馳含至少—有機化合物，且此有機化合物包含 至彡-選自於羧基(carboxyl)、羰基㈣㈣）、具有一孤對電子對 之氮、半乙縮搭基(hemmCetal)、胺基(amine)、醒胺基(amide)、亞 顧鹽基_iie)、自縣㈣hallde)、硫醇絲(carbQxy編）、 —«(suIfonylMde)以及魏基(sulf〇nicadd)。較佳地，分散 劑分子係具有至少兩官能基群，其巾之—可為氫氧基㈣瓶綱 組。 、，本發明所提供之-奈米粒子係利用有機分散劑所形成，其顆 粒相當小。在本發明之—較佳實施财，奈練子具有小於· 奈米之平均粒徑，更佳地’係小於⑽奈米，最佳為小於5〇奈米。 小顆粒之奈絲子具有較大表面積(suifaee _ t_w 製 備具有有機分散劑之奈米粒子，其粒徑分佈較窄。 本發明之氫氧化鎂奈米粒子也能以脂肪化合物來處理，例如 官能乙醇(monofimctionai alc〇h〇1)，讓粒子之表面形成更多的拒水 ^生如此此防止奈米粒子產生結塊現象(aggl也⑽），讓其能 刀政地政佈於聚合材質中。上述之脂肪化合物較佳可為具有至少 一氫氧基或絲(Carboy之Ci ^ 〇3〇個碳原子之一破氫化合物 (hydrocarbon) ° 200902446 在本發明之一實施例中，氫氧化鎂奈米粒子之表面與一個或 夕個有機表面官能分子鍵結，其中表面官能分子具有下列分子 式.-LrRrL2。上述為一連結基(linking group)，L2係一連結基 或一末端官能基(terminal gr〇up)。其中，Li與L2係獨立選自於氫 氧基(hydroxyl)、綾基(carboxyl)、羰基(carb〇nyi)、胺(amine)、醯胺 (amide)、具有一孤對電子對之氮、半乙縮搭(hemiacetal)、硫醇μ 基(carboxy thiol)、硫醇(thi0丨）、績酸(sulf〇nic add)、南續醒(suif〇nyi halide)、鹵醯(acyl hallde)與其衍生物。而&為直接鍵結或分支或 不分支、環狀或非環狀、取代或非取代、飽和或不飽和、或具有i 個至30個碳原子之芳香烴扭〇]11咖11沖幅]^〇11)。 上述表面官能分子為一衍生物(derivative)或與有機分散劑相 同的分子。當分散劑中的官能基與鎂原子反應時，官能基與鎂會 形成h。由此可知，Ll為有機分散劑之官能基中的一衍生物(例 如’自羧酸基中所形成的酯）。 L2可為連結基或末端官能基，其係以氫氧化鎂奈米粒子的表 面處理與否來決^。倘若奈錄子未經過處理，L2則為末端官能 基’以於聚合物或樹脂巾提供所需的分散功能。 假如奈米粒子經過處理（亦即為脂肪化合物（aliphatic compound)，L2則在表面官能分子與脂肪化合物間的反應中形成為 一連結基。在此實施例中，l2為有機分散劑分子之官能基中的— 衍生物(亦即為自羧酸基中所形成的酯）。 10 200902446 在本發明之一實施例中，以脂肪化合物處理過之奈米分子具 有一为子式為-LrRpLrR2。其中，如l】、1^與R!上所述，而& 則為分支或不分支、環狀或非環狀、取代或非取代、飽和或不飽 和、或具有1個至30個碳原子之芳香烴。 在本發明之一實施例中，上述分子式_Li_r「L2_R2可以為二酸 (diacid)與脂肪化合物，n(dlaekW如為輕_ 肋化3物例如為丁醇。使用上述試劑所製備之奈米粒子可以具有 以下分子式之表面官能分子：Li _旨，Ri為直麟合；^為醋， I為Q碳氫化合物。形成、與l之酯為草酸分子中之幾酸 (carboxylic acids)的衍生物。 相較於商㈣氫氧化驗子，由於本發贱氧倾奈米粒子 之小粒控與其表面官能’因此其具有較高的操作性能。在乾燥過 程，脂肪化合物能防止奈絲子形成結塊現象，因而有機劑能讓 氫氧化卿成極小獅。㈣化合物更缺高奈麵子對聚合物 分子之親和力(affimty)，讓奈錄子更容祕分舰讎 質中。 本發明所提供技良式氫氧域奈麵子，其於聚合物中具 有較少的含量，進而能在具有大量填充料之聚合物的化學與物理 特性上，降低不必要的效應發生。 有關本發明的特徵與實作 明如下。 從配合圖式作最佳實施例詳細說 200902446 【實施方式】 I.引言輿定羞 本發明係提供—種新穎的氫氧化鎂奈米粒子、新腦氫氧化 鎮奈米粒刊製财法，从—觀_魏域奈練子之組 成物。氫氧化鎮奈米粒子是以有機分散劑(亦即為經基师麵y ‘ ac⑽無化合献應，而職—巾聰化合物。氫氧麟奈米粒 子係使祕來水解此t間化合物。在轉触巾，介於有機分散 劑與鎮原子之間的鍵結會影響氫氧化鎂奈米粒子形成的顆粒大 小。在乾餘過程’氫氧化鎂奈米粒子可以利用脂肪化合物(例如單 官能乙醇)來處理，以防止奈米粒子形成結塊現象，且/或讓奈米粒 子具有拒水性(hydrophobic)，如此則能使其均勻地分散於聚合物材 質中。 根據本發明之目的’奈米粒子或奈米尺寸的顆粒皆意旨具有 平均粒徑小於1微米(1000奈米)之顆粒。 ^ π·製備氫氣化鎂奋来舲早夕$公 A.鎂化合物 本發明所使用之鎂化合物可以為任何的鎂化合物，只要其可 以與一個或多個有機劑分子反應，詳如下所述。合適的鎮化合物 包含鎂金屬與活化的鎂鹽，例如硝酸鎂(magnesium nitrate)與氯化 鎂（magnesium chloride)，硫酸鎂（magnesium sulfate)與乙酸鎂 (magnesium acetate)。 12 200902446 上 酸 在鎂化合物與有機劑反應之前，其較佳係溶解於溶劑中。 述之洛劑較佳為水，或是為其他適合的溶劑，包含乙醇或# (carboxylic acids)。 夂 B.分散劑 有機分散劑與鎂化合物反應，以形成中間鎂化合物。有機亦 ^用來促錢氧化鎂奈練子軸，錢減縣錄子具^ 而幵V狀尺寸大小、且/或分散性。有機劑較佳具有兩個或多作 吕此基’且/或在形錢氧傾奈雜子時，至少_有機劑會與童 氧化鎮化合物。有機劑相透财_t學鋪，來:二 無複合在-起。相而言，軒缝、共騎結、凡得瓦^ 響/鍵結、且/或氫鍵結。 ~ 〜在本發明之-實施例中，分散劑可以為各種具有―個或多個 官能基之有機分子。適合絲鍵結分散賴合物之官能基， 或用來提供額外功能之官能基，係具有—個或多個敌基 (carboxyl)、g(carb〇nyl)、胺基㈣ine)、酿胺基㈣岭亞硝酸 孤基(nitrile)、具有—輯電子對之氮、半乙祕基細、 磺酸基(sulfonic acid)、_基㈣㈣e)以及以及上述之組成物。 刀放;=li更可以包含縣二宫能基，例如減氧雜yd服y〗），只要 其亦包含上述之一個或多個的主要官能基群組。 在本發明之一實施例中，合適的有機劑包含單官能基化合 物例如單g月匕基羧酸(carboxylic acids)與羧基硫醇（carb〇xy 13 200902446 thiols，（C=0)SH)，與含I化合物如吼。定(pyridine)、二酸(diacids) 例如為草酸(oxalic acid)、丙二酸(mai〇nic acid)、蘋果酸(maleic acid) 荨，赵基酸(hydroxy acid)例如為經基乙酸(glycolic acid)與乳酸 (lactic acid)等。有用的多官能分散劑包含糖(可包含半乙縮醛 (hemiacetal))’例如葡萄糖’其中，多官能缓酸例如可為檸檬酸㈣咖 acid)與輕基二酸(hydroxy diacids)等。 其他有用的有機劑包含尿素(urea)、醇胺(ethanolamine)、2-乙 石;il醇(2-mercaptoethanol)、胺基(amino acids)例如氨基乙酸(glycine) 或丙氣酸(alanine)(如 L-alanine or β-alanine)、石黃酸(sulfonic acid)例 如石尹、基本曱醇(sulfobenzyl alcohol)與確基苯甲酸(sulfobenzoic acid) ’以及其他具有胺基(amin〇)與硫醇_〇1)之官能基的磺基苯化 合物(sulfobenzyl compounds)。 C.脂肪化合物(aiiphatic compound) 在本發明較佳實施例中，氫氧化鎂粒子與脂肪化合物(aliphatic compound)反應，以供更多的拒水性(hydrophobic)、抑制奈米粒子 產生結塊現象(aggl〇merati〇n)，並且提高其於各種的聚合材質(例如 聚乙烯）中的分散性。脂肪化合物可為具有Ci至c3〇個碳原子之一 碳氫化合物(hydrocarbon)，典型地具有至少一官能基，此官能基係 選自於氫氧基(hydroxyl)、羧基(carb〇xyl)、硫醇(thi〇1)、且/或胺 (amme)之一群組。脂肪化合物可以為脂肪酸，例如硬脂酸(stearie acid)或其鹽類、且/或一結合劑(c〇upHng agent)如矽烷、鈦酸鹽 14 200902446 (titanate)、銘酸鹽(aluminate)、明礬鈦(alum-titan)。在本發明之 較佳實施例中，脂肪化合物可以為單官能乙醇，例如為丁醇、。 •—或 為一單官能緩酸(carboxylic acids)如己酸(hexanoic acid)。 D.驗(base) 以鹼來處理中間鎂化合物，以沈澱氫氧化鎂粒子。任何鹼都 可以用來調整pH值以產生沈澱現象。適合的鹼可以為氨 (ammoma)、石灰(lime)、氫氧化鈉、或氫氧化钟等。 III·製備氣氧化鎮奈米粒子的方法 本發明之製備氫氧化鎂奈米粒子之方法包含下列步驟：步驟 ⑴，反應有機劑分子與鎂化合物，以形成一中間鎂化合物。步驟 ⑻’以驗來處理此反應混合物，以沈殿複數個 林發明之-實姆，嫩靖11V顧咖來 1子4 乳化鎮奈絲子，以及轉(iv)，賴錄化絲餘子 粉末。 減 ..、化σ物與有機劑之反應係賴化合物溶解於水或其他適1 的洛劑中。然後，於鎂與分散劑之摩爾比_町_小於⑽中 混合有機辦溶解_化合物。更佳之相比係小於1有渺 之個或多個官能基穢語鎂離子反應，因而形成中間鎮化物。 賴分子可各種適合的_，與_子(也就是離子)鍵好在 ==如’離地、共編、凡得瓦力影魏結、孤對電 子對鍵、.·σ、且/或氫鍵結。 15 200902446 以驗來處理上述之中間鎂化合物，形献氧麟，且〜 化鎂係以奈米顆粒的型態歧。在形成奈米馳時，有機劍: 制(也就是影響)鎮原子與鎮奈米粒子之尺寸大小且/或形狀之_ 本發明之絲聽奈餘子賴備，财至少1 化鎂分子會與-個❹個錢劑分子鍵結在—起。_有機^ 子會正面地f彡響錄賴奈綠仅細触，且/射以作= 結脂肪化合物之反應位置(reactivesite)， 氯氧傾奈米粒子可以利用具有—個或多個官能基之下脂肪化 合物來修飾，上述之官能基為單官能基乙醇。一般而古，會將浐 肪化合物與錄傾絲好混合在―起，並且㈣岐 度約為1〇5。〇。脂肪化合物之一個或多個官能基會與有機劑分子 反應’且/或與奈米粒子上之錄化合物分子反應，以形成經表面 處理之氫氧絲奈綠子。較佳地，更可以在轉巾聰化合物 之後，再來進行脂肪化合物之處理步驟，但此不用以限定本發明。 在本發明之—較佳實關巾，衫數或實紅為全部之有機 劑分子來與脂肪化合物反應，以覆蓋任何有機劑分子上之反應的 官能基。其中，上述有機劑分子會暴露奈来粒子之表面。當有機 劑官能基具有形成奈練仅優點，其通相树除或繫住碳氯 化合物或其他分子，以提高粒子於聚合物中之分散性。倘若聚合 物質亚不能與錢劑之官能基溶混在—起，财機物質可與具有1 16 200902446 個至30個石反原子之脂肪化合物混合。脂肪化合物可以提高奈米粒 子於聚合物巾之分散性’並且防止奈練子產生聚合現象以形成 大顆粒。在某些實關巾，⑽旨肪化合物處獅之奈綠子較為 4政i_在火火中’其分解速度比具有相同大小之固體粒子，具 有較為足夠的分散性。因此，奈練子表面上之官能劑分子能抑 制顆粒間的結晶現象，進⑽持較小的顆粒大小。 保持小顆粒且/或分散的顆粒能顯著地增進奈米粒子之防火的 能力。因為表面積(surfaceareato vdumerati〇)提高了，所以較小顆 錄快速地魏能量。因此，她於大雜，較小齡能吸收能 置’且能快速地釋放水，進而增進了顆粒之防火的能力。又由於 本發明之奈絲子之时的能力提高了，所以奈綠子可以以較 少的數量,，混合於聚合物中’如此—來，職提高聚合物之抗拉 強度(tensile streng_其⑽赌，並且，她於具有相同防火特 性之聚合物，且其侧狀量填絲之已知綠傾，本發明更 月έ減少其成本。 最後更可以在至，皿下過遽奈米粒子，並且於溫度高於贼 的條件下乾燥奈米粒子，更佳的乾燥溫度為高於阶。乾燥的步 驟可以在環境壓力或使真空且/或加熱的條件下進行。已乾燥的奈 米粒子一般可形成非常細微的粉末。 在兩個糾的步驟中，有機劑與月旨肪化合物的使用可以幫助 本發明之域化絲米粒子的形成。因為有機_脂肪劑的反應 17 200902446 係在兩個分開的步驟中進行，每一反應皆可產生所需的結果。例 如，與有機劑反應可以有效地獲得所需之粒子大小（亦極微小於 100奈米），而脂肪化合物反應則可有效地提高奈米粒子於聚合物 中之分散性。 IY·氫氧化鎂奋来敘子以及與聚合物皙混合之夸辛撕； . 本發明之改良的氫氧化鎂奈米粒子，係包含具有平均粒押 .於1000奈米之氫氧化鎂奈米粒子，且其會與具有一個或多個有機 表面官能分子鍵結在一起。官能分子具有一分子式為：_LrRi丄，。 其中，上述L為一連結基(linking group)，L2係一連結基或一末端 官能基(terminal group)。其中，Ll與L2係獨立選自於氫氧基 (hydroxyl)、竣基(carb〇xyi)、羰基(carb〇nyi)、胺(&)、醯胺 (aimde)、具有一孤對電子對之氮、半乙縮醛、硫醇羧 基(caAoxy ώΐ〇1)、硫醇恤〇1)、續斷耐〇也add)、㈣酿㈣ hahde)、齒醯㈣! hallde)與其衍生物。而R〗為直接鍵結或分支或 ‘不分支、制大或非環狀、取代或非取代、餘和或不飽和、或具有工 個至30個碳原子之芳香烴(aromatic hydrocarbon)。 表面官能奸Μ料機分散齡全姻，或者也可以為其 =生，°表面官能分子係由分散劍分子中所形成。不論比面官能 分子是與麵分散船目同或是為其射物…般細表面官能分 j之間的鍵結鶴來蚊。舉例而言，表面官能分子具有 - S此基，且此官祕為—電子對或與奈錄子表面鍵結之氯， 18 200902446 則此時表面官能分子一般會與有機分散劑相同。在此實施例中， L!為氫氧基(hydroxyl)、竣基(carboxyl)、羰基(carb〇nyl)、胺(amine)、 醯胺(amide)、具有一孤對電子對之氮、半乙縮醛(hemiacetai)、硫 醇幾基(carboxy thiol)、硫醇(thl0l)、磺酸(sulf〇nic add)、鹵磺醯 (sulfonyl halide)、且/或南醯&㈣—池)之一。 或者，L為上述官能基之衍生物。例如，當官能基為羧酸 (carboxyhc acids)，其衍生物則為酯。其他的衍生物可以為硫醇羧 基(carboxy thiol)之衍生物：酯硫醇（ω〇1城㈣、半乙縮醛 (hemiacetal)之衍生物：乙縮醛(_刪、氫氧基㈣办⑽州之衍生 物.***、或者為硫醇(編)之衍生物：乙鍵硫醇(thk>lethers)等。 L2可為連、4基或末端官能基，其係以氫氧化鎂奈米粒子的表 面處理與否來決^。倘若奈錄子未經過處理，則為末端官能 基’以於聚合物或_巾提供所需的分散功能。 假士示米粒子經過處理（亦即為脂肪化合物(aHphahc compound) ’ L2則在表面官能分子與脂肪化合物_反應中形成為 -連結基。在此實施例中’ l2 4有機分散劑分子之官能基中的一 衍生物(亦即為自親基巾卿成_旨）。 在本發明之-實施例巾’以辆化合物處理過之奈米分子具 有、/刀子式為-LrR广L2-R2。其中，如Li、[2與艮上所述，而& 貝J為刀支或不刀支、環狀或非環狀、取代或非取代、飽和或不飽 和、或具有1個至30個碳原子之芳香烴。 19 200902446 盘宫之❹。，言鳴包_化合物 可以二分散劑中兩個或多個分開的官能基， _) 1/歧碳中分支㈣能基。多官 散劑财會纽具該岭衫子之奈綠子，且 =7能㈣繼，魏物㈣面上之捧樣酸 以丁醇處理之分子式如下：

°^Xn^X'CH3 ^ (分子式1) 在刀子式1中，為形成於檸檬酸衍生物與鎂原子(在氯氧化 鎮奈米粒子表面上之鎂原子)之_自旨。l2為形成於檸檬酸衍生物 與丁喊之間的酯。r2為丁醇基。Ri為介於Li與L2之間的三碳 鏈，也包含在LA L2之間的碳上(亦即為檸檬酸衍生物之中間 原子）’自由竣酸(carboxylic acids)與氫氧基。 在氫氧化鎂粒子之表面上，Rl可能會具有額外的連結。例如， 在分子式1巾，之氫氧基或縣(carb〇Xyl)可以鍵傑於氫氧化鎂 粒子之表面上。在另-實施例中，複數個表面官能分子也可以在 聚合物中’透過R1(亦即為聚丙稀酸㈣㈣伽)或聚苯基二胺石黃 酸(polybenzimidizoles))連結在一起。 相較於商用的氫氧傾粒子，*於本發a錢氧化鎂奈米粒子 具有較小粒徑與表面官能，因此其具有較高的操作性能。在一較 佳實施例中，奈米粒子具有小於500奈米之平均粒徑，更佳為小 20 200902446 於100奈米，最佳為小於50奈米。小顆粒具有較大的表面積，進 而使粒子更具有反應性與提高滅火特性。 表面官能轩缺縣Μ錢點。第―、找分子能用來 提高聚合材質中的分紐。崎子之脂肪部分_氫氧鱗 粒子在拒水_聚合射的分散性。射，拒雜㈣合物例如 為甲基丙稀酸甲醋(methylmethaeiylate) 1 丙_咖哪細e)與其他的聚烯烴㈣〇1咖）。使用本發明^ 米有相§好的分散性，其原因在於，相較於商用的氯氧化 吴;：本發明之奈錄子具有較高的齡絲。由於本發明之 =粒子具雜高的操倾能，因此在聚合㈣中只需要加入較 拉子則能具有相同的功效。較少量的聚合材質能使粒子具 於分散性’如此一來，防火的特性則能均勻且完全地分佈 妒成官能分子能防止氯氧化鎮奈米粒子之結塊現象，因而 透過凡得瓦力作帛/〜匕 了、，，口塊現象，-般 裂。轉，^ 泌切細結，刚會受熱而斷 :齡子卿，因而使得氯氧化鎮分子不能在許多氣氧二 子之間形成較佳的結晶。 t夕a魏鎮刀 此項之氣氧化鎮奈米粒子可以與聚合材質互相混合。孰朵 員技晌，w㈣，麵咖《限定: 21 200902446 筆明。美國專利號第4,_,脱號與第4,l45,4〇4 ?虎中揭露其他適 合的聚合材f。聽本發3狀奈綠子具有高分解溫度，所以本 發明之奈米粒子更能與熱舰聚合物混合在-起，以應用於射出 成=與其他轉成㈣製程巾。或者，假如聚合_化學特性能 此提七、更夕具有極性的奈米粒子表面，則可以依需求利用脂肪化 合物將奈米粒子與未經處理的聚合物混合在一起。 虱氧化鎂加入熱塑性材質中的數量，係由所需之聚合材質的 防火躲而定。由於本發日狀氫氧化鎂奈米粒子具有微小顆粒與 表面s月b所以可以在聚合物中加入較低量，並且能與商用的氯 氧化鎂奈米粒子具有相同等級的防火特性。 在乾燥過程，脂肪化合物能防止奈米粒子形成結塊現象，因 而有機劑能讓氫氧化鎂形成極小顆粒。脂肪化合物更能提高奈米 粒子對聚合物分仅親和力(affmity)，讓奈米粒子更容紐分散於 歸與其蹄質巾。習知此項技藝者可贿需求_整氫氧化鎂 的，量’喊_需之防火特性。—般而言，氫氧化鎂粒子之需 求里會小於使用已知的氫氧化鎂之含量，而且本發明之奈米粒子 具有較高的操作性能。-般來說，本發明之氫氧化米粒子的 含量，只需使用約20%-30%，則能達到適當的防火特性。 本發明之聚合材質更可以添加各種習知的添加物，例如顏料 (Pigment)、抗氧化劑(ant腹ldants)、w吸收劑、塑化劑⑼論㈣ 或潤滑劑(lubncam)等。美國專利號第4,_，762號與第ν'· 22 200902446 號中揭露其他習知的添加物及其添加量。 v.實施例 以下之貫施方式之說明係用以示範與解釋本發明之氫氧化鎂 奈米粒子之製備方法，並且提供本發明之專利申請範圍更進一步 之解釋，並不用以限定本發明之範圍。 實施例一 實施例一係使用羥基乙酸(glyc〇Hc acid)來製備氫氧化鎂粒 子。以0.5公升的水，稀釋重量百分比為7〇%且重量為28 23克的 每基乙酸(glycolic acid)。將稀釋的輕基乙酸(giyC〇iic acid)與6〇〇克 的Mg(N〇3)r6H2〇加入2公升的水中，以形成a溶液。再以2.5 公升的水，稀釋重量百分比為29 7%且重量為268克的銨 (ammonium)。將A溶液滴入上述之銨(amm〇njum)溶液中。反應物 為一沉澱物。過濾此沉澱物，接著再以水清洗兩次，且每次以工 公升的水來清洗。隨後，以4〇〇毫升的丨_丁醇處理上述之泥漿狀 的沉澱產物，然後加熱至105艺，最後再過濾並於丨如它且真空的 條件下乾燥6小時。 實施例二 實施例二係使用檸檬酸(citric add)來製備氫氧化鎂粒子。將重 1為17.5克的檸檬酸⑻tric acid)，溶解於〇 5公升的水中。將擰檬 酸(dtric acid)溶液與500克的MgClr6H2〇，溶解於2公升的水中， 以形成A溶液。接著，將溶解於丨公升的水中之丨82 3克的 200902446 滴入A溶液中。反應物為一沉澱物。隨後，過濾此沉澱物，接著 再以水清洗兩次，且每次以1公升的水來清洗。隨後，以4〇〇毫 升的1-丁醇處理上述之泥漿狀的沉澱產物，然後加熱至1〇5C)c，最 後再過濾並於130°C且真空的條件下乾燥6小時。 實施例t 實施例三係使用檸檬酸(citric acid)來製備氫氧化鎂粒子。將重 量為16.65克的檸檬酸(citric acid)，溶解於〇·5公升的水中。將檸 檬酸(C1tnc acid)溶液與_克的Mg(N〇3)r6H2〇，溶解於2公升的 水中，以开>成A洛液。接著，將93.6克的NaOH溶解於1公升的 水中’接著再滴人A毅巾。反應物為—沉麟。隨後，過遽此 沉殿物’接著再以水清洗兩次，且每次以i公升的水來清洗嘴 後，在贼的條件下，加入13.6克2_乙基己酸(2, ^ acul)於沉殿物中。接著，更以彻毫升的^丁醇來處理上述之泥 漿狀的沉财物，雜加熱至1Q5t，最後再過魅於丨坑且^ 空的條件下乾燥6小時。 〃 雖然本發明以前述之實施例揭露如上，財並_以限定本 發明’任何熟習姆技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内， 當可作些软更__，因此本伽之翻鱗細須 明書所附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 益 24 200902446 【主要元件符號說明】

Claims (1)

1. 200902446 十、申請專利範圍： 1. 一種防火氫氧化鎂粒子，包含·· 複數個氫氧化鎂粒子，具有一平均粒徑，該平均粒徑係小 於1000奈米’每一該些氫氧化鎂粒子會與一個或多個表面官 能分子鍵結’其中該些表面官能分子具有下列分子式·： -Li，RpL2 '其中，L!係一連結基，獨立選自於氫氧基(hydr〇xyl)、羧 基(carboxyl)、幾基(carbonyl)、胺(amine)、酿胺(amide)、具有 一孤對電子對之氮、半乙縮醛(hemiacetaI)、硫醇羧基(carb〇xy thiol)、硫醇(thiol)、石黃酸(suifonic acid)、_磺酿㈣仿邮祕⑽、 鹵酉ife(acylhalide)與其衍生物所組成之群組之一； La係一末端官能基或一連結基，獨立選自於氫氧基 (hydroxyl)、竣基(carb〇xyi)、羰基(carb〇nyi)、胺(amine)、醯胺 (annde)、具有一孤對電子對之氮、半乙縮醛(hemiacetal)、硫醇 羧基(carboxy tlnol)、硫醇(thl〇1)、磺酸(sulf〇mc ―)、齒磺醯 (sulfonyl halide)、ij_(acyihalide)與其衍生物所組成之群組之 .—-， 其中，該l々l2至少其中之一非為氫氧基或***的群組， 且L!會鍵結於该虱氧化鎂子之表面上；以及 R】係直接鍵結或分支或不分支、環狀或非環狀、取代或非 取代、飽和或不飽和、或具有i個至3Q個碳原子之芳香煙 (aromatic hydrocarbon)。 26 200902446 2. 如申請專利範圍第1項所述之防火氫氧化鎂粒子，其中 -LpR^-L】分子式為經基乙酸(glycolic acid)、檸檬酸(citric acid)、胺基醋酸(glyCine)、尿素(Urea)、丙氨酸(alanine)、乙醇 胺（ethanolamine)、乙硫醇（mercaptoethanol)、乙硫醋酸鹽 (mercaptoacetate)、確基苯甲醇(sulfobenzyl alcohol)、續基苯甲 酸(511比(^61120记&(^(1)、其衍生物或其組成物。 3. 如申請專利範圍第1項所述之防火氫氧化鎂粒子，其中該些表 面官能分子具有-LpRi-LrR^分子式，L2為連結基，且R2為分 支或不分支、環狀或非環狀、取代或非取代、飽和或不飽和、 或芳香烴(aromatic hydrocarbon；)。 4. 如申請專利範圍第1項所述之防火氫氧化鎂粒子，其中該些表 面官能分子係共價鍵結於該些氫氧化鎂粒子之該鎂原子上。 5. —種防火組成物，包含與一聚合材質混合之如申請專利範圍第 1項所述之防火氫氧化鎂粒子。 6. 如申請專利範圍第5項所述之防火組成物，其中該聚合材包含 至少一聚烯烴（P〇iyolefm)或甲基丙烯酸甲酯（methyl methacrylate)。 7·種防纽成物，包含與—聚合樹脂混合之如中請專利範圍第 1項所述之防火氫氧化鎂粒子。 8. —種防火氫氧化鎂粒子，包含： 稷數個氫氧化鎮粒子，具有—平均粒徑，該平均粒徑係小 27 200902446 於1000奈米，每一該些氫氧化鎂粒子會與一個或多個表面官 能分子鍵結，其中該些表面官能分子具有下列分子式： -L1-R4-L2-R2 其中’ 與L2係獨立選自於氫氧基(hydroxyl)、敌基 (carboxyl)、幾基(carb〇nyi)、胺(amine)、醯胺(amide)、具有一 孤對電子對之氮、半乙縮搭(hemiacetal)、硫醇敌基(carboxy thiol)、硫醇(thiol)、石黃酸(suifonic acid)、鹵石黃醯(suifonyi halide)、 鹵醒(acyl halide)與其衍生物所組成之群組之一；以及 R!與&係獨立分支或不分支、環狀或非環狀、取代或非 取代、飽和或不飽和、或具有1個至30個碳原子之芳香烴 (aromatic hydrocarbon)。 9·如申請專利範圍第8項所述之防火氫氧化鎂粒子，其中該些氫 氧化鎮粒子為一乾粉末。 10. 如申請專利範圍第8項所述之防火氫氧化鎂粒子，其中L2_r2 為一脂肪酸、矽院、鈦酸鹽(titanate)、鋁酸鹽(aluminate)、明蓉 鈦(alum-titan)、單官能乙醇(monofhnctional alcohol)、單官能缓 酸(monofonctional carboxylic acid)、或其务f 生物。 11. 一種防火組成物’包含與一聚合材質混合之如申請專利範圍第 9項所述之防火氫氧化鎂粒子。 12. 如申請專利範圍第η項所述之防火組成物，其中該聚合材包 含至少一聚烯烴（polyolefin)或曱基丙烯酸甲酯（methyl 28 200902446 me1:hacrylate)。 13. —種防火組成物’包含與一聚合樹脂混合之如申請專利範圍第 9項所述之防火氫氧化鎮粒子。 14. 一種製備氫氧化鎂奈米粒子之方法，該方法包含： (i)提供複數個鎂原子； (11)提供複數個有機劑分子，該些有機劑分子包含至少一官 能基群組，該官能基群組係選自於羧基(carb〇xyI)、羰基 (carbonyl)、fc(amme)、醯胺(amide)、具有一孤對電子對之氮、 半乙縮搭(hemiacetal)、硫醇竣基(carb〇Xy thiol)、硫醇(thiol)、 %_sulfomc acid)、鹵磺醯(suifonyi halide)、鹵酿(acyl halide) 與其衍生物所組成之群組之一； (iii)反應該些有機劑分子與該些鎂原子，以形成一中間鎂 化合物；以及 (IV)以一鹼處理該中間鎂化合物，以形成複數個氫氧化鎂 粒子。 15.如申請專利範圍第14項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法，更包含乾燥該些氫氧化鎂粒子，該乾燥步驟係先將該些氫 氧化鎂粒子與一有機溶劑混合，接著再蒸發該有機溶劑。 16·如申請專利範圍第14項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法’其中該脂肪化合物(aliphatic compound)為—單官能竣酸 (monofUnctional carboxylic acid)或有機酸。 29 200902446 17·如申4專利範圍第14項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法’其中該有機溶劑包含丁醇。 18.如申清專利範圍第14項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法其中該有機劑包含兩個或兩個以上之官能基群組。 19·如申請專利範圍第18項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法，其中至少一該些官能基群組為氫氧基。 20. 如申請專利範圍第Μ項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法，其中該有機劑分子包含一個或多個羥基乙酸(glyc〇iic aC1d)、檸檬酸(citric acid)、胺基醋酸(咖响、丙氨酸㈨迎咖）、 尿素(urea)、乙醇胺(ethan〇lamine)、乙硫醇(merc叩〖__)、 乙硫醋酸鹽（mercapt〇acetate)、磺基苯曱醇（suif〇ben^ alC〇ll〇l)、確基苯甲酸㈣fobenzoic acid)或。比咬(pyridine)。 21. 如申請專利範圍第14項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法，其中該些氫氧化鎂粒子具有小於5〇〇奈米之一平均粒徑。 22. 如申請專利範圍第14項所述之製備氫氧倾奈練子之方 法，其中該些氫氧化鎂粒子具有小於5〇奈米之一平均粒徑， 該些氫氧化鎂粒子會凝聚而形成一聚體顆粒，該聚體顆粒之粒 徑為100奈米至1000奈米。 23. 複數個如申請專利範圍第14項所述之方法所製備而成之氫氧 化鎮奈未粒子。 24_ —種組成物，包含一與如申請專利範圍第幻項所述之氫氧化 30 200902446 鎂奈米粒子混合之聚合材質 25.種製備氫氧化鎂奈米粒子之方法，該方法包含： ⑴提供複數個鎂原子； (11)提供複數個有機劑分子’該些有機劑分子包含至少兩官 能基群組，該官能基群組係選自於氫氧基(hydroxyl)、羧基 • (carboxyl)、羰基(carb〇nyl)、胺(amine)、酸胺㈣此）、具有一 孤t+冑d礼祕(hemiaeetai)、硫冑μ胁此⑽y thiol)、硫醇他1〇1)、磺酸(sulf〇nic add)、鹵磺醯細肋咖㈣此）、 鹵fe(acyl halide)、其衍生物與其組成物所組成之群組之一； (in)反應該些有機劑分子與該些鎂原子，以形成一中間鎂 化合物； (IV) 以一鹼處理該中間鎂化合物，以形成複數個氫氧化鎂 粒子；以及 (V) n：t合遠虱氧化鎂粒子與具有1至％個碳原子之一脂肪 . 化合物。 • 26.如申請專利範圍第25項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法，其中該脂肪化合物為一脂肪酸、矽烷、鈦酸鹽(titanate)、 鋁酸鹽（ahminate)、明礬鈦（allim_titan)、單官能乙醇 (monofiinctional alcohol)、單官能羧酸(mono細carb〇xylic acid)、或其衍生物。 27.如申凊專利範圍第25項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 31 200902446 法，其中該有機劑分子包含一個或多個羥基乙酸(glyC〇liC acid)、檸檬酸(citric acid)、胺基醋酸(glydne)、丙氨酸(alanine)、 尿素(urea)、乙醇胺(ethanolamine) ' 乙硫醇(mercaptoethanol)、 乙硫醋酸鹽（mercaptoacetate)、石黃基笨甲醇（suif〇benzyl alc〇h〇l)、確基苯曱酸(sulfobenzoic acid)或其衍生物。 28.如申請專利範圍第25項所述之製備氫氧化鎂奈米粒子之方 法，其中該些氫氧化鎂粒子具有小於500奈米之一平均粒徑。 29·设數個如申請專利範圍第25項所述之方法所製備而成之 化鎂奈米粒子。 二 3〇·—種組成物，包含—與如中請專利範圍第29項所述之氫氧化 鎂奈米粒子混合之聚合材質。 32 200902446 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：無 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明：無 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無