專利名稱：納米阻燃級氫氧化鎂制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氧化鎂的制備工藝，特別涉及一種納米阻燃級并且粒度可控的氫氧化鎂的制備方 法，屬于無機(jī)化工工藝技術(shù)領(lǐng)域。 技術(shù)背景氫氧化鎂是一種重要的添加型無機(jī)阻燃劑，它在受熱時(340'C)釋放出結(jié)合水，吸收大量的潛熱， 具有降溫作用，在燃燒初期還有抑制發(fā)煙作用，生成的氧化鎂具有良好的耐火性能，對環(huán)境不會產(chǎn)生二次 污染。由于其在熱反應(yīng)、分解溫度、適用的聚合物、阻燃能力、抑煙能力、對酸的穩(wěn)定性等幾方面的特性， 表明它是--種環(huán)保型綠色阻燃劑。氫氧化鎂熱分解溫度高，比目前常用的無機(jī)阻燃劑氫氧化鋁高出近140 °C，可以使添加氫氧化鎂的合成材料能承受更高的加工溫度，利于加快擠塑速度，縮短模塑時間，同時亦 有助于提高阻燃效率。由于氫氧化鎂具有許多優(yōu)異特點(diǎn)，近年來國內(nèi)外關(guān)于氫氧化鎂的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研 究十分活躍，特別是在阻燃劑方面的應(yīng)用研究尤為顯著。阻燃級氫氧化鎂的不同于普通氫氧化鎂，作為填充型的阻燃劑，首先要求其晶形為針狀或片狀，表面 極性小，分散性好，能夠很好的與高分子材料相容，同時要求對材料的機(jī)械強(qiáng)度影響小，對于氛氧化鎂的 純度也有很高要求。鎂是自然界中分布最廣的元素之一，居第八位，約占地殼重量的2.3596。海水中鎂的蘊(yùn)藏量達(dá)到2X 107億噸，可以說是取之不盡、用之不竭的資源。海水資源開發(fā)利用是解決我國水資源短缺問題的一條可 行途徑，海水淡化已經(jīng)形成了一定的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。天津?qū)?chuàng)建國家級海水淡化與綜合利用示范城市， 充分發(fā)揮示范、輻射作用。海水中鎂含量僅次于氯和鈉，海水淡化后濃海水中鎂含量將進(jìn)一步得到濃縮。 我國鹽湖鎂資源儲量巨大，內(nèi)蒙古、新疆、青海、西藏等四大湖區(qū)中的鹽湖均為富鎂鹽湖，其中鎂資源比 較集中的地區(qū)分布于青海柴達(dá)木盆地。青海湖區(qū)的鎂鹽總量即達(dá)37億噸，其中氯化鎂25億噸，硫酸鎂12 億噸。其中察爾汗鹽湖氯化鎂儲量超過15億噸，居世界第二位。利用鹽湖鎂資源或濃海水制備高純度的納米阻燃級氫氧化鎂是鎂資源綜合利用的重要途徑。由于采用 的制備方法不同，得到的產(chǎn)品性質(zhì)差異很大，產(chǎn)品用途也不同。其獨(dú)特的性能和廣泛的適應(yīng)性，正越來越 受到人們的重視。不同性質(zhì)的氫氧化鎂在應(yīng)用上也有很大差別。制備氫氧化鎂的方法主要由以下幾種從原料上來講，多以海水或齒水為原料，利用氫氧化鈉、氨、氫氧化鈣以及煅燒白云石等堿性物質(zhì)制 備氫氧化鎂。由于海水中鎂離子的含量低，且雜質(zhì)離子多，除雜成本較高，鹵水中也含有一些雜質(zhì)，制備 成本較高。從制備工藝上講，有些專利報(bào)道制備阻燃級氫氧化鎂及納米氫氧化鎂。由于超細(xì)氫氧化鎂的用途曰益 廣泛，國內(nèi)外對其研究較多，制備原理基本上是反應(yīng)結(jié)晶過程。日本研究較早也比較深入，制備出料漿、 濾餅狀、粉末狀的氫氧化鎂。CW332116A采用可溶性的鎂鹽和堿通過均質(zhì)流體法經(jīng)過強(qiáng)制沉淀反應(yīng)合成， 經(jīng)洗滌、過濾、干燥制備納米氫氣化鎂，該方法制備的氫氧化鎂產(chǎn)品純度達(dá)到99.9%，產(chǎn)品粒子平均直徑 在10 200nra之間，該工藝簡單，但制備的氫氧化鎂粒度分布較寬。CN 1401574A以無機(jī)鎂鹽為主要原料, 以無機(jī)堿或硫氣化物為沉淀劑，在25 9(TC進(jìn)行液相沉淀反應(yīng)，然后加入微量水溶性絮凝劑，生成無規(guī)則 團(tuán)聚態(tài)氫氧化鎂；然后在特定改性劑溶液中于100 25(TC對常溫合成的氫氧化鎂進(jìn)行水熱改性，得到一次粒徑0. 2 5.0 H m的氫氧化鎂。該方法需要經(jīng)過沉淀-水熱合成兩步法。CN1341694A利用老鹵水或菱鎂礦得到的精制氯化鎂溶液和工業(yè)氨水或氨氣為原料，或者利用硫酸鎂溶液和工業(yè)氨水或氨氣為原料，采用 超重力(旋轉(zhuǎn)填充床)技術(shù)，利用液一液相反應(yīng)或氣一液相反應(yīng)方式，制備納米氫氧化鎂阻燃材料。該工藝 粒度分布較為均與，但需要旋轉(zhuǎn)填充床設(shè)備，操作費(fèi)用較大。CN1361062A采用液一液兩相共沉淀反應(yīng)的全 返混液膜反應(yīng)器進(jìn)行鎂鹽與堿液的共沉淀反應(yīng)，使成核/晶化隔離進(jìn)行，分別控制晶體成核和生長條件。 克服了現(xiàn)有技術(shù)中晶粒較大，顆粒不均勻，晶粒的整體尺寸以及顆粒尺寸難以控制的缺陷。制備出納米尺 寸、粒度分布均勻的氫氧化鎂粉體。CN1513761A是利用晶體生成、生長機(jī)理控制粒子粒度，采用鎂鹽溶液 為原料，以氫氧化鈉和氨水作為混合沉淀劑，通過逆向沉淀法制備納米級氫氧化鎂。本發(fā)明無須特殊設(shè)備， 投資小，對操作要求高。US鄰95445利用鎂鹽和氨氣反應(yīng)制備了平均粒徑0. 5-0.8 y m的片狀氫氧化鎂，且 粒度分布均勻，不容易團(tuán)聚。但是氫氧化鎂純度不是很高。US5143965利用超聲混合快速沉淀技術(shù)制備阻 燃級氫氧化鎂，得到的片狀氫氧化鎂平均粒度1 li m， 90%的顆粒粒度小于3. 5 u m。該技術(shù)得到的氫氧化鎂 的粒度分布均勻，與專利US4695445類似，氫氧化鎂純度不高。以上技術(shù)都可以制備出氫氧化鎂，制備技 術(shù)的難度在于氣氧化鎂沉淀過程中由于非穩(wěn)態(tài)堿式氯化鎂可能存在，溶液中的氯離子容易包裹在沉淀中， 造成純度不高，同時制備的氫氧化鎂由于極性較強(qiáng)，容易團(tuán)聚，造成沉降性能不好。而對于超細(xì)氫氧化鎂 的制備，主要問題在于產(chǎn)品的粒度分布不夠均勻，純度不高。今后的研究方向主要集中在新型的制備工藝 開發(fā)上，解決的問題主要在于克服純度低，粒度分布寬、且晶習(xí)差等缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種從鎂鹽制備納米阻燃級氫氧化鎂的方法，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)或純度 不高或晶體粒度難以控制的缺陷。其主要原理是鎂鹽與堿液發(fā)生撞擊流反應(yīng)結(jié)晶過程，制備出納米氫氧化 鎂，然后利用表面活性劑進(jìn)行改性，使其粒度分布更加均勻。本發(fā)明的方法包括如下步驟1) 鎂鹽溶液的配制以及堿液的配制；2) 撞擊流反應(yīng)結(jié)晶耦合制備納米氫氧化鎂；3) 氫氧化鎂的洗滌、過濾和干燥。4) 氫氧化鎂的表面改性。本發(fā)明采用鎂鹽為原料，通過除雜得到高質(zhì)量的氯化鎂溶液作為反應(yīng)液l，其濃度在0.05-2.5mol/L; 氫氧化鈉溶液作為反應(yīng)液2，其濃度在0.05-2.0 mol/L。在溫度為20-8(TC條件下將反應(yīng)液1和反應(yīng)液2 通過計(jì)量泵進(jìn)入撞擊流反應(yīng)結(jié)晶器，撞擊流率在5-300ml/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在攪拌釜內(nèi)的停留時間為 10-120min。通過晶體生長和相轉(zhuǎn)移最后生成氫氧化鎂。通過洗滌、過濾及干燥過程得到高純氫氧化鎂。 對氫氧化鎂進(jìn)行表面改性，得到納米阻燃級氫氧化鎂。本發(fā)明的方法具有十分顯著的優(yōu)點(diǎn)1)原料來源廣泛，既解決了鎂害問題又充分利用了資源，得到 的產(chǎn)物氫氧化鎂粒度可達(dá)10-20nm; 2)采用噴射式撞擊流反應(yīng)結(jié)晶器，可以調(diào)節(jié)揸擊流率等反應(yīng)條件控制 晶體的粒度和晶型；3)反應(yīng)條件溫和，選用的表面改性劑對環(huán)境無害。


納米阻燃級氫氧化鎂的制備流程圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例l首先將51克水氯鎂石用去離子水溶解，加水至1升左右，抽濾去除不溶性雜質(zhì)。將20克氫氧化鈉溶解在 1升的燒杯中，在常溫下；然后分別用計(jì)量泵將兩種反應(yīng)液通過打入撞擊流反應(yīng)器中，控制撞擊流速在 100ml/min，在反應(yīng)器停留時間為30min;最后經(jīng)過洗滌，過濾，120'C干燥得到氫氧化鎂。其純度為99.4%, 平均粒度在13. 5rai， TEM分析表明為片狀晶體。實(shí)施例2將20. 3克水氯鎂石用去離子水溶解，加水至l升左右，抽濾去除不溶性雜質(zhì)。將10克氫氧化鈉溶解在1 升的燒杯中，在40'C的溫度條件；分別用計(jì)量泵將兩種反應(yīng)液通過打入揸擊流反應(yīng)器中，控制撞擊流速在 50ml/niin,在反應(yīng)器停留時間為30min;最后經(jīng)過洗滌，過濾，12(TC干燥得到氫氧化鎂。其純度為98%， 平均粒度在19.8nm， TEM分析表明為片狀晶體。實(shí)施例3將20. 3克水氯鎂石用去離子水溶解，加水至l升左右，抽濾去除不溶性雜質(zhì)。將10克氫氧化鈉溶解在1 升的燒杯中，在60'C的溫度條件；分別用計(jì)量泵將兩種反應(yīng)液通過打入撞擊流反應(yīng)器中，控制撞擊流速在 100ml/min，在反應(yīng)器停留時間為30min;最后經(jīng)過洗滌，過濾，120。C干燥得到氫氧化鎂。其純度為98. 9%， 平均粒度在17. 6nm， TEM分析表明為針狀晶體。實(shí)施例4首先將51克水氯鎂石用去離子水溶解，加水至1升左右，抽濾去除不溶性雜質(zhì)。將20克氫氧化鈉溶解在 1升的燒杯中，在常溫下；分別用計(jì)量泵將兩種反應(yīng)液通過打入撞擊流反應(yīng)器中，控制撞擊流速在 100ml/min，在反應(yīng)器停留時間為30min;最后經(jīng)過洗滌，過濾，120'C干燥得到氫氧化鎂。其純度為99. 4%， 平均粒度在13. 5nm， TEM分析表明為片狀晶體。然后用油酸鈉在40'C、改性時間2h、添加量4%時對氫氧 化鎂進(jìn)行表面改性，改性后的XRD分析表明，改性后峰形變寬，粒徑變小，平均粒徑為7.5nm。說明改性 在一定程度上抑制了氫筑化鎂的團(tuán)聚，有利于提髙它在添加到其它復(fù)合物時的分散性—。
權(quán)利要求
1. 一種納米阻燃級氫氧化鎂的制備方法，為鎂鹽溶液與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)耦合結(jié)晶生成氫氧化鎂，其特征是采用撞擊流反應(yīng)結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)上述過程。具體過程如下1)將鎂鹽配制成一定濃度的水溶液，同時將氫氧化鈉配置成一定濃度的溶液。2)將配制好的兩股物料以一定流速噴入撞擊流反應(yīng)結(jié)晶器。3)經(jīng)過過濾、洗滌、干燥得到納米氫氧化鎂。4)選擇表面活性劑進(jìn)行表面改性
2. 權(quán)利要求1所述的撞擊流反應(yīng)結(jié)晶器是由兩個噴嘴， 一個緩沖罐和一個攪拌釜組成。反應(yīng) 物料在上述反應(yīng)結(jié)晶器中完成反應(yīng)、成核、晶體生長過程。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是兩股物料的撞擊流率為5-300ml/min。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是在攪拌釜內(nèi)的停留時間為10-120min。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征是所說的鎂鹽溶液是水氯鎂石水溶液或海水淡化后 濃鹽水，濃度為0.1-3.5mol/L，堿液為氫氧化鈉，濃度為0.1-4mol/L。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征是反應(yīng)溫度在20-80'C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的制備方法，其特征是表面活性劑為硬脂酸鈉、油酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用撞擊流方法，并通過表面改性制取納米阻燃級氫氧化鎂。其主要內(nèi)容是利用鹽湖水氯鎂石或海水淡化后濃鹽水除雜后得到鎂離子溶液，與氫氧化鈉反應(yīng)結(jié)晶耦合制備納米氫氧化鎂，選擇合適的表面活性劑對其改性，可以得到10-20nm的針狀或片狀氫氧化鎂。工藝特點(diǎn)是1)原料來源廣泛得到的產(chǎn)物氫氧化鎂純度可達(dá)98％以上；2)采用噴射式撞擊流反應(yīng)結(jié)晶器，可以調(diào)節(jié)撞擊流率等反應(yīng)條件控制晶體的粒度和晶型；3)反應(yīng)條件溫和，選用的表面改性劑對環(huán)境無害。
文檔編號C01F5/00GK101219801SQ20071005643
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者敏 張, 趙建海 申請人:天津城市建設(shè)學(xué)院