專利名稱：一種環(huán)境友好型氫氧化鎂阻燃劑的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用菱鎂礦為原料制備氫氧化鎂阻燃劑的方法和產品。
背景技術：
火災中的死亡事故，80%左右是由于有毒氣體和煙的窒息造成的?，F(xiàn)有的很多阻燃體系，往往增加有毒氣體和煙的生成量，所以阻燃技術的重要任務之一是抑煙、減毒，力求使被阻燃材料在這方面優(yōu)于未阻燃材料。無機類阻燃劑市場份額增長的主要原因為近年來西方各國由于幾起重大火災、焚燒塑料造成的二次污染、二嚷英問題(Dixonissiue) 的出現(xiàn)，以及這些國家對環(huán)境保護的日趨嚴格，迫使塑料工業(yè)轉向使用無毒、無公害、抑煙型阻燃劑。無機類阻燃劑主要包括氫氧化鋁和氫氧化鎂。由于氫氧化鋁問世早，目前世界上氫氧化鋁阻燃劑的消費量達30-47. 5萬噸，而氫氧化鎂僅為1.5萬噸。但氫氧化鎂阻燃劑的主要性能均優(yōu)于氫氧化鋁，因此它有進一步取代氫氧化鋁和其他阻燃劑的趨勢。我國菱鎂礦的總儲量約占世界總量的四分之一。目前，已累計探明儲量為31億噸、保有儲量30億噸，均居世界第一位?，F(xiàn)已探明的27個菱鎂礦產的主要集中分布于遼寧、山東兩省，其中遼寧擁有儲量25. 7億噸，約占全國總量的80%以上，為了充分利用遼寧省的菱鎂礦資源，并且制備出環(huán)境友好型抑煙型阻燃劑氫氧化鎂；這樣既實現(xiàn)了對礦產資源的充分利用，又解決了環(huán)境問題以及市場對新型高效阻燃劑的需求，還能提供一定的經濟價值。本發(fā)明的目的在于充分利用我省豐富的菱鎂礦資源，用廉價易得的菱鎂礦，生產出價格昂貴的阻燃級的氫氧化鎂粉劑，并且從原料到產品都是環(huán)境友好型，不產生二次污染。具體方法是采用水合法制取氫氧化鎂，再在溶液中加入尿素，通過加熱，使尿素分解產生氨氣，氨氣易溶于水，使氫氧化鎂以晶粒析出，再通過添加表面活性劑使氫氧化鎂達到阻燃級別，在此過程中控制溶液的PH值，同時還會有氫氧化鐵副產品析出。菱鎂礦(MgCO3含量47. 81 % )在600°C左右煅燒生成氧化鎂，煅燒后的產物氧化鎂活性特別好，其吸收氯離子值為36mol/kg，再通過水合法生成氫氧化鎂，在60-70°C時水合過程中加入尿素，同時加熱，尿素分解成氨氣和水，氨氣又立即溶于水中，使溶液處于過飽和狀態(tài)，氫氧化鎂就會以晶體形式析出。菱鎂礦的煅燒=MgCO3— Mg(HO)2主反應:Mg2++2NH3· H2O — Mg(OH)2 J, +2NH4+

發(fā)明內容
以遼寧省的菱鎂礦為主要原料，采用如下工藝進行制造。(1)原料破碎。利用破碎機將含有碳酸鎂為99%的菱鎂礦破碎到2_5mm的粒度；(2)高溫煅燒。在600-750°C度的溫度下進行高溫煅燒，煅燒時間為2_3小時，使之充分分解，生成氧化鎂和二氧化碳。(3)加料混合。將經過煅燒獲得的粒度小于200目以下的氧化鎂加入到反應釜的去離子水中，其中氧化鎂的加入量按重量百分數為去離子水總量的3-5%，然后使用高剪切乳化機，以3000-3500r/min的速度進行攪拌混合。(4)升溫去除雜質。在10-20分鐘內對已經完成裝料混合的反應釜進行升溫，使之達到65-70°C，恒溫下加入緩沖溶液控制溶液的PH在2. 5-4. 5之間，保持6_10分鐘，等到溶液中的氫氧化鐵充分析出后，過濾溶液去除氫氧化鐵；這里所使用的緩沖溶液是利用濃度為0. 2mol/L的Na2HPO4和濃度為0. lmol/L的C6H8O7檸檬酸混合制得，其中Na2HPO4和C6H8O7 之比為5. 7 14. 3。(5)加入尿素。按照尿素與氧化鎂的摩爾比為1 1.25的比例，將尿素加入到過濾溶液之中，繼續(xù)以3000-3500r/min的速度進行攪拌混合，同時加入表面活性劑，65_70°C 溫度下恒溫2-4小時。在反應過程中加入表面活性劑是為了提高氫氧化鎂的結構功能，其中表面活性劑的加入量為氧化鎂質量的0. 2-0. 3%，表面活性劑的成分為鈦酸酯偶聯(lián)劑+聚乙二醇+無水乙醇+四氯化碳的混合物，其中鈦酸酯偶聯(lián)劑聚乙二醇無水乙醇四氯化碳的比例為 1:2:4:2。(6)沉淀干燥。向經過反應后的溶液中再次加入緩沖溶液，控制溶液的PH在 9. 4-12. 4之間，并自然降溫到30°C以下，保持10分鐘，等到氫氧化鎂晶體全部析出后，過濾溶液提取氫氧化鎂粉劑并干燥，即可獲得顆粒細小而又均勻的納米級氫氧化鎂粉劑，其純度可達99. 0%以上。依靠上述方法，制備出了不產生有害氣體、有非常好的抑煙作用、分解溫度高、硬度小、納米級，并且市場競爭力強的氫氧化鎂阻燃劑。氧化鋁是問世最早的無機阻燃劑之一，也是世界上無機阻燃劑中用量最大的一種，占到阻燃劑用量的40%左右。由于氫氧化鎂和氫氧化鋁性能相似，阻燃屆常將二者進行比較。結果表明除對環(huán)境的影響基本相當外，在熱反應、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，氫氧化鎂均優(yōu)于氫氧化鋁，更優(yōu)于傳統(tǒng)的鹵素，磷系阻燃劑。采用本方法制備氫氧化鎂阻燃劑具有如下優(yōu)點(1)本項發(fā)明克服了以往的物理方法制備氫氧化鎂的濃度差、純度低、粒度大等缺點，本發(fā)明制備的氫氧化鎂具有高的濃度和純度，并且粒度小。(2)選用尿素做原料，是因為以往的原料氫氧化鈉對設備有很大的腐蝕性，并且還會使氫氧化鎂分散、缺失；因為氨水具有很強的揮發(fā)性，還會污染環(huán)境。氫氧化鈣又會導致產物氫氧化鎂的純度差。為此，用尿素作原料既可以防止對設備的損壞，又不污染環(huán)境。(3)生成物純度高，氫氧化鎂含量可達99. 90%，粒徑均勻，一般為50-100nm，是一種非常好的的氫氧化鎂阻燃劑。
具體實施例方式通過本項發(fā)明對Mg(OH)2阻燃劑的制取，其反應主要有成核和長大兩個過程。就成核而言，如果過冷度或過飽和度較大(Mg2+和0H—濃度較高)，Mg(OH)2晶胚的形成動力就大，而后者又是產生晶胚數量的控制性環(huán)節(jié)，如果新生成的Mg(OH)2晶核較多，就會嚴重影響料漿的過濾速度，所以選擇適當的濃度、較慢的加料速度和較高的溫度來減少新核的生成，特別是從平衡的角度講，晶種的加入進一步減小了新生核的數量，成核速度同時還收擴散的影響，但現(xiàn)對于過飽和度，它不是控制環(huán)節(jié)。就長大而言，在有穩(wěn)定晶核存在的情況下， 新生成的Mg(OH)2不斷的堆積、重疊到晶核上去，在晶粒長大的過程中，擴散成為其控制性環(huán)節(jié)，所以應該采用適當的濃度、較高的溫度、攪拌來強化擴散，促使晶粒長大，同時可以獲得盡可能多的晶粒。在尿素加入過程中，料漿的粘度逐漸增大，加完后7分鐘左右，料漿的粘度最大，隨著反應的進行，粘度又逐漸下降。綜合來看，Mg(OH)2合成過程應該是一定程度上抑制Mg(OH)2晶胚的數量，強化晶粒長大的條件的過程，這樣有利于改善料漿的過濾性能，并獲得粒度較均勻的Mg(OH)2產
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ΡΠ O本項發(fā)明已經實施。具體情況如下(1)原料破碎。利用破碎機將含有碳酸鎂為99%的菱鎂礦破碎到2_5mm的粒度；(2)高溫煅燒。在600°C的溫度下進行高溫煅燒，煅燒時間為2小時，使之充分分
解，生成氧化鎂和二氧化碳。(3)加料混合。將小于200目的氧化鎂加入到反應釜中的去離子水中，其中氧化鎂的加入量按重量百分數為離子水總量的3. 5%，然后使用高剪切乳化機，以3000r/min的速度進行攪拌混合。(4)升溫去除雜質。在10分鐘內將反應釜的溫度升溫到65°C，恒溫下通過加入緩沖溶液控制溶液的PH在3. 0之間，保持10分鐘，使溶液中的氫氧化鐵充分析出，過濾溶液； 這里所使用的緩沖溶液是利用濃度為0. 2mol/L的Na2HPO4和濃度為0. lmol/L的C6H8O7檸檬酸混合制得，其中Na2HPO4和C6H8O7之比為5.7 14. 3。(5)加入尿素。按照尿素與氧化鎂的摩爾比為1 1.25的比例，將尿素加入到過濾溶液之中，中繼續(xù)以3500r/min的速度進行攪拌混合，同時加入表面活性劑，65°C下恒溫 2-4小時。在反應過程中加入的表面活性劑加入量為氧化鎂質量的0. 2_%，表面活性劑的成分為鈦酸酯偶聯(lián)劑+聚乙二醇+無水乙醇+四氯化碳的混合物，其中鈦酸酯偶聯(lián)劑聚乙二醇無水乙醇四氯化碳的比例為1:2:4:2。(6)沉淀干燥。向經過恒溫反應后的溶液中再次加入緩沖溶液，控制溶液的PH在 10. 0，氫氧化鎂晶體全部析出，過濾溶液并干燥，獲得粒度為60-100nm的氫氧化鎂粉劑，其純度達到99. 50%。
權利要求
1.一種以菱鎂礦為原料、利用水熱合成制取氫氧化鎂阻燃劑的方法，具體方式是利用破碎機將含有碳酸鎂為99%菱鎂礦破碎到2-5mm的粒度，然后在600-750°C下進行高溫煅燒2-3小時，使之分解氧化鎂和二氧化碳，其特征在于還要經歷以下工藝過程(1)將經煅燒獲得的粒度小于200目以下的氧化鎂加入到反應釜的去離子水中，其中氧化鎂的加入量按重量百分數為去離子水總量的3-5%，然后使用高剪切乳化機，以 3000-3500r/min的速度進行攪拌混合；(2)在10-20分鐘內對已經完成裝料混合的反應釜進行升溫，使之達到65-70°C，恒溫下加入緩沖溶液控制溶液的PH在2. 5-4. 5之間，保持6-10分鐘，等到溶液中的氫氧化鐵充分析出后，過濾溶液去除氫氧化鐵；(3)按照尿素與氧化鎂的摩爾比為1 1.25的比例，將尿素加入到過濾溶液之中，繼續(xù)以3000-3500r/min的速度進行攪拌混合，同時加入表面活性劑，其加入量為氧化鎂質量的 0. 2-0. 3%，65-70°C溫度下恒溫2-4小時；(4)沉淀干燥。向經過恒溫反應后的溶液中再次加入緩沖溶液，控制溶液的PH在 9. 4-12. 4之間，并自然降溫到30°C以下，保持10分鐘，等到氫氧化鎂晶體全部析出后，過濾溶液提取氫氧化鎂粉劑。
2.根據權利要求1所說的制取氫氧化鎂阻燃劑的方法，其特征在于方法O)中所使用的緩沖溶液是利用濃度為0. 2mol/L的Na2HPO4和濃度為0. lmol/L的C6H8O7檸檬酸混合制得，其中 Nei2HPO4 和 C6H8O7 之比為 5. 7 14.3。
3.根據權利要求1所說的制取氫氧化鎂阻燃劑的方法，其特征在于方法(3)中加入的表面活性劑成分為鈦酸酯偶聯(lián)劑+聚乙二醇+無水乙醇+四氯化碳的混合物，其中鈦酸酯偶聯(lián)劑聚乙二醇無水乙醇四氯化碳的比例為1:2:4:2。
全文摘要
一種以菱鎂礦為原料、利用水熱合成制取氫氧化鎂阻燃劑的方法，具體方式是在600-750℃下進行高溫煅燒2-3小時，制取氧化鎂，其特征在于將經煅燒獲得的氧化鎂按3-5％的比例加入到反應釜的去離子水中，再按照尿素與氧化鎂的摩爾比為1∶1.25的比例將尿素加入到溶液之中，以3000-3500r/min的速度攪拌混合，同時加入表面活性劑，65-70℃溫度下恒溫2-4小時，向經過恒溫反應后的溶液中加入緩沖溶液，控制溶液的PH在9.4-12.4之間，自然降溫到30℃以下，保持10分鐘后過濾溶液提取氫氧化鎂粉劑。依靠上述方法，制備出了分解溫度高、硬度小、納米級的氫氧化鎂阻燃劑。
文檔編號C01F5/14GK102502727SQ20111035185
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權日2011年11月9日
發(fā)明者安宇, 尹燕, 張洋, 張金輝 申請人:張金輝