Influence of surface⁃modified hydrotalcite with various coupling agents on the properties of PVC

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.08.014

Abstract

Abstract:

The surface of magnesium⁃aluminum⁃lanthanum carbonate hydrotalcite was modified via a wet method using four coupling agents： aluminum ester， titanium ester， aluminum⁃titanium composite， and silane. The effects of modification temperature and modifier dosage on activation degree were investigated. Fourier⁃transform infrared spectroscopy， X⁃ray diffraction， and scanning electron microscopy confirmed that the coupling agents only modified the hydrotalcite surface organically without altering its layered crystal structure. The modified hydrotalcite significantly reduced particle agglomeration， enhancing its dispersion in poly（vinyl chloride）（PVC）. Thermal stability and mechanical properties of the PVC composites were evaluated using Congo red testing， thermal aging， thermogravimetric analysis， and mechanical testing. Results indicated that the modified hydrotalcite delayed PVC thermal degradation and improved elasticity and toughness. The aluminum⁃titanium composite coupling agent exhibited the most efficient modification， requiring the least dosage while achieving optimal performance. Compared to unmodified hydrotalcite， the initial decomposition temperature of PVC increased by 44 °C， while tensile strength and impact strength improved by 34% and 17%， respectively.

Key words: poly（vinyl chloride）, coupling agent, hydrotalcite, surface modification

CLC Number:

TQ325.3

ZHANG Ning, LI Xianming, LI Gaihua, ZHANG Hongxia, YANG Xiaochun, YU Jing. Influence of surface⁃modified hydrotalcite with various coupling agents on the properties of PVC[J]. China Plastics, 2025, 39(8): 88-93.

Figures/Tables 9

Fig.1. FTIR spectra of the LDHs modified with coupling agents

Fig.2. XRD patterns of the LDHs modified with coupling agents

Fig.3. SEM images of the LDHs modified with coupling agents

Fig.4. Effect of modification temperature on activation degree

Fig.5. Effect of modifier dosage on activation degree

Fig.6. Static thermal stability time of the LDHs modified with coupling agents

试样加热时间/min	LDHs	Si⁃LDHs	Ti⁃LDHs	Al⁃LDHs	AlTi⁃LDHs
10
20
30
40
50
60
80
100

Tab.1. Anti discoloration ability of the PVC/modified hydrotalcite

Fig.7. TG curves of the PVC/modified hydrotalcite

稳定剂	拉伸强度/MPa	断裂伸长率/%	缺口冲击强度/kJ·m^-2
无	19.2	108.4	8.3
LDHs	18.5	96.0	8.2
Si⁃LDHs	22.6	130.9	8.7
Ti⁃LDHs	23.9	123.2	9.0
Al⁃LDHs	21.1	119.7	8.5
AlTi⁃LDHs	24.7	135.8	9.6

Tab.2. Mechanical property of the PVC/modified hydrotalcite

References 17

[1]	刘兆年，王镇，辜朝辉，等. 水滑石及其在聚氯乙烯中的应用进展［J］. 塑料， 2021， 50（05）： 72⁃76.
	LIU Z N， WANG Z， GU C H， et al. Progress of hydrotalcite and its application in polyvinyl chloride ［J］. Plastics，2021， 50（05）： 72⁃76.
[2]	李先铭，张宁，李改花，等.十二烷基硫酸钠表面改性水滑石对PVC热稳定性能的影响［J］.中国塑料，2024， 37（02）：82⁃86.
	LI X M， ZHANG N， LI G H， et al. Effect of sodium dodecyl sulfate surface⁃modified hydrotalcite on thermal stability of PVC ［J］. China Plastics， 2024， 37（02）：82⁃86.
[3]	郭艺璇，李殿卿，唐平贵，等.水滑石类热稳定剂在聚氯乙烯中的应用研究进展［J］. 塑料助剂， 2020（01）： 11⁃23， 39.
	GUO Y X， LI D Q， TANG G P， et al. Progress in Study of LDHs as Thermal Stabilizers for PVC［J］.Plastic Additives， 2020（01）： 11⁃23， 39.
[4]	张稳平，梁武侠. 硅烷偶联剂在聚合物改性中的应用及研究进展［J］.科技开发， 2022（04）：162⁃164.
	ZHANG W P， LIANG W X. Application and research progress of silane coupling agent in polymer modifification ［J］. Modern Chemical Research， 2022（04）： 162⁃164.
[5]	陈豪森，成晓玲，袁华金，等.水滑石类材料改性研究进展［J］. 化工新型材料， 2022， 50 （10）： 10⁃15.
	CHEN H S， CHENG X L， YUAN H J， et al. Research progress on modification of LDHs ［J］.New Chemical Materials， 2022， 50 （10）： 10⁃15.
[6]	童梦良，王罗强. 改性镁铝水滑石对PVC力学性能的影响［J］. 塑料， 2016， 45（03）： 18⁃20.
	TONG M L， WANG L Q. Effect of modified Mg⁃Al⁃hydrotalcite on mechanical property of PVC ［J］.Plastics， 2016， 45（03）： 18⁃20.
[7]	黄昱臻，董银春，沈帆，等.水滑石表面改性对聚氯乙烯弹性体性能的影响［J］.现代塑料加工应用， 2018， 30（03）： 42⁃45.
	HUANG Y Z， DONG Y C， SHEN F， et al. Effect of modified hydrotalcite on soft polyvinyl chloride ［J］.Modern Plastics Processing and Applications， 2018， 30（03）： 42⁃45.
[8]	詹锋，陈南春，黄斌，等.铝酸酯偶联剂改性硅藻土对聚氯乙烯性能的影响［J］. 中国塑料， 2012， 26（06）： 57⁃61.
	ZHAN F， CHEN N C， HUANG B， et al. Effects of aluminate coupling agent modified ［J］. China Plastics， 2012， 26（06）： 57⁃61.
[9]	杨欢，杨占红. 水铝钙石的表面改性研究［J］. 塑料助剂， 2016 （02）： 29⁃31， 50.
	YANG H， YANG Z H. Study on surface modification of hydroaluminite ［J］. Plastic Additives， 2016 （02）： 29⁃31， 50.
[10]	李运涛，王丽丽. 铝钛偶联剂的合成及其对碳酸钙表面性能的影响［J］. 化工进展， 2011， 30（09）： 2 060⁃2 063， 2 068．
	LI Y T， WANG L L.Study on synthesis of aluminum titanium coupling agent and its influence on surface characteristics of CaCO₃ ［J］. Chemical industry and Engieering Progress， 2011， 30（09）： 2 060⁃2 063， 2 068．
[11]	倪哲明，付晓微，薛继龙，等. 表面活性剂和硅烷偶联剂复合改性水滑石的表面性质［J］. 无机化学学报， 2012， 28 （03）： 471⁃476．
	NI Z M， FU X W， XUE J L， et al. Surface characterization of layered double hydroxides by compounding modification with surfactant and silane coupling agent ［J］.Chinese Journal of Inorganic Chemistry， 2012， 28 （03）： 471⁃476．
[12]	王含，罗理达，汪庆卫. 硅烷偶联剂改性对气相SiO₂电缆绝缘复合材料性能的影响［J］. 化工新型材料， 2024， 52 （08）： 142⁃146.
	WANG H， LUO L D， WANG Q W. Effect of silane coupling agent modification on the properties of gas⁃phase SiO₂cable insulation composite materials ［J］.New Chemical Materials， 2024， 52 （08）： 142⁃146.
[13]	王旭，张长森，吴其胜，等. 温度对硅烷偶联剂/聚合物性能的影响［J］.非金属矿， 2019， 42（06）： 19⁃21.
	WANG X， ZHANG C Z， WU Q S， et al. Effect of temperature on the properties of silane coupling agent/geopolymer［J］. Non⁃Metallic Mines， 2019， 42（06）： 19⁃21.
[14]	SUN Q L， SHI X G， LIN Y L， et al. Thermogravi⁃ metric ⁃mass spectrometric study of the pyrolysis behavior of PVC［J］. Journal of China University of Mining & Technology， 2007， 17（02）： 100⁃103.
[15]	孙锋，苗伟，马健，等. 偶联剂改性对 PVC /碳酸钙复合材料性能的影响［J］.塑料工业， 2021， 49（05）：128⁃133.
	SUN F， MIAO W， MA J， et al. The effect of titanate coupling agent on the performance of PVC/calcium carbonate composites ［J］. Plastic Industry， 2021， 49（05）：128⁃133.
[16]	李先铭，张宁. KH550改性稀土类水滑石的制备及对PVC性能的影响［J］.工程塑料应用， 2023， 51（11）： 149⁃154.
	LI X M， ZHANG N. Preparation of KH550 modified rare earth hydrotalcite and its effect on PVC properties［J］. Engineering Plastics Application， 2023， 51（11）： 149⁃154.
[17]	王菲，王雀，邓亚楠，等. 不同种类偶联剂对 PVC 木塑复合材料抗冲击性能的影响［J］. 塑料助剂， 2018 （02）： 28⁃31.
	WANG F， WANG Q， DENG Y N， et al. Anti⁃impact strength properties of PVC wood plastic composite materials affected by different kinds of coupling agents ［J］. Plastic Additives， 2018（02）： 28⁃31.