專(zhuān)利名稱(chēng)：一種高分散性氫氧化鎂粉體及其在油相中的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氫氧化鎂及其制備方法，更具體地說(shuō)，涉及一種高分散性氫氧化鎂粉體及其在油相中的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著高分子材料工業(yè)的發(fā)展，塑料、橡膠等高分子復(fù)合材料越來(lái)越廣泛應(yīng)用于建筑、家電、化工、交通等諸多領(lǐng)域，然而，隨著近些年重大火災(zāi)次數(shù)的增多，高分子材料阻燃性能也逐漸受到全世界的關(guān)注。通過(guò)在高分子復(fù)合材料中添加阻燃劑，從而提高其阻燃性能已經(jīng)逐漸被人們所接受，隨著人們環(huán)境保護(hù)意識(shí)到提高，對(duì)阻燃劑的要求也不斷增高。傳統(tǒng)有機(jī)溴系阻燃劑在阻燃過(guò)程中會(huì)釋放出有毒有害氣體，并且發(fā)煙量較大，容易對(duì)環(huán)境造 成破壞，同時(shí)溴系阻燃劑中的溴化物會(huì)滲入人體，從而在人體中累積，對(duì)人體的健康造成傷 害。 無(wú)機(jī)阻燃劑品種也很多，市場(chǎng)常用的真正可以獨(dú)自起到阻燃劑作用的主要是氫氧化鎂、氫氧化鋁等。與氫氧化鋁比較，氫氧化鎂的熱分解溫度為330°C,這比氫氧化鋁高出100°C，從而使得添加氫氧化鎂的塑料可以承受更高的加工溫度，這樣有利于加快擠塑的時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。同時(shí)，氫氧化鎂的分解能(I. 37kJ/g)比氫氧化鋁的分解能(I. 17kJ/g)高，并且熱容也高7%，有助于提高阻燃效率。這使得氫氧化鎂成為極具潛力的無(wú)機(jī)阻燃劑。氫氧化鎂作為一種無(wú)機(jī)阻燃劑，具有不易揮發(fā)、不易析出、熱穩(wěn)定性能優(yōu)異、抑煙效果顯著、不產(chǎn)生有毒有害氣體等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)和廢棄過(guò)程中均不含有害物質(zhì)，并且還能中和燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的酸性和腐蝕性氣體，是一種環(huán)保型“綠色”阻燃劑。但是，目前氫氧化鎂作為無(wú)機(jī)阻燃劑的主要缺點(diǎn)是阻燃效率低，為使得材料達(dá)到一定的阻燃的能力需較高的添加量，而且氫氧化鎂由于自身極性較大，易在高分子基體中團(tuán)聚，難以得到有效的分散，從而影響材料的機(jī)械性能。目前，為了制取具有良好分散性的氫氧化鎂很多人都進(jìn)行了積極的嘗試，如中國(guó)專(zhuān)利CN101343423B通過(guò)以水和有機(jī)小分子混合物為分散介質(zhì)，添加無(wú)機(jī)和有機(jī)復(fù)配分散齊U，在較高溫度下反應(yīng)幾個(gè)小時(shí)，得到高分散的粒度(D50)為O. 8-1. 3μπι的氫氧化鎂顆粒。該方法實(shí)施起來(lái)較為復(fù)雜，且反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)CN1401574A采用沉淀合成以及后續(xù)的水熱改性處理的方式得到粒徑為O. 2-5 μ m的高分散性片狀氫氧化鎂，該方法中，反應(yīng)和水熱處理溫度分別高達(dá)90°C和250°C，且反應(yīng)步驟較多，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。中國(guó)專(zhuān)利CN101092241A采用添加改性劑磺化戊二酸酯并采用微波輔助的方式，得到粒徑為I μ m左右的顆粒，但是該方法對(duì)原料濃度有要求，反應(yīng)只能在較低的原料濃度條件下進(jìn)行，原料濃度的變化對(duì)產(chǎn)品的分散性影響較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高分散性氫氧化鎂粉體及其制備方法，該制備方法能夠在溫和條件下(包括室溫)快速制得高分散性氫氧化鎂粉體。
本發(fā)明提供的高分散性氫氧化鎂粉體，顆粒分布均勻，顆粒整體呈類(lèi)球形，粒徑為I μ m-5 μ m,類(lèi)球狀顆粒表面由厚度為10nm-50nm片狀結(jié)構(gòu)穿插形成結(jié)構(gòu)緊密且遍布整個(gè)顆粒表面的花瓣形貌。本發(fā)明提供的制備上述高分散性氫氧化鎂粉體的方法是，在攪拌和超聲條件下，將鎂源的水溶液和堿源的水溶液同時(shí)滴加到油相體系中，于15 60V反應(yīng)5 60分鐘，再在攪拌和超聲條件下陳化5 60分鐘，然后去除母液、洗滌、烘干、研磨，即得產(chǎn)物，其中攪拌速度為50 lOOOrpm，超聲功率為50 500W。優(yōu)選地，所述鎂源為氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鎂、堿式碳酸鎂、碳酸鎂、碳酸氫鎂、醋酸鎂和硅酸鎂組成的化合物組中的至少一種化合物。所述堿源為氨水、氫氧化鈉和氫氧化鉀三種化合物中的至少一種。所述油相體系為液體石蠟、煤油、硅油、汽油、柴油、環(huán)己烷、正辛烷、石油醚、甲苯和二甲苯組成的油相物質(zhì)組中的至少一種油相物質(zhì)。優(yōu)選地，鎂源的水溶液的濃度為O. 5 4. OmoI/L,堿源的水溶液的濃度為O. 5 8. Omol/L，兩種水溶液的體積比為I :l，50mL兩種水溶液使用25 75克油相體系。 本發(fā)明制備方法在溫和條件下(包括室溫)即可進(jìn)行，操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，整個(gè)反應(yīng)在以油相體系為介質(zhì)的條件下進(jìn)行，有助于快速得到形貌規(guī)整的、分散性?xún)?yōu)異的超細(xì)氫氧化鎂粉體。同時(shí)該方法對(duì)原料濃度無(wú)特別限制，在較大的濃度范圍內(nèi)，均可得到性能優(yōu)異的產(chǎn)物。此外，與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明制備方法在油相反應(yīng)環(huán)境中，利用超聲波空化作用瞬間所產(chǎn)生的高壓(約500atm)、高溫(約5000°C)和射流，既可很好的控制氫氧化鎂晶體非極性和極性面的生長(zhǎng)規(guī)律(促進(jìn)非極性面的生長(zhǎng)，抑制極性面的生長(zhǎng))，亦可有效地使得產(chǎn)物表面附著適量的有機(jī)相，可以大大降低超細(xì)氫氧化鎂表面極性，進(jìn)而減少團(tuán)聚，改善了產(chǎn)品(所制得超細(xì)氫氧化鎂粉體)的分散性，增強(qiáng)了產(chǎn)品在高分子基體中的相容性，降低了產(chǎn)品對(duì)基體的機(jī)械性能影響，有助于擴(kuò)展產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。


圖I為實(shí)施例I所制的球形氫氧化鎂的電鏡照片；
圖2為實(shí)施例I所制的球形氫氧化鎂和市售氫氧化鎂在有機(jī)體系(石蠟)中的沉降曲線(xiàn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用可溶性鎂鹽的水溶液和堿溶液為原料，采用雙向滴定的方式，將兩種原料快速同時(shí)加入油相體系中進(jìn)行反應(yīng)，在反應(yīng)過(guò)程中同時(shí)施加機(jī)械攪拌和超聲，利用超聲波的空化效應(yīng)降低晶粒尺寸，促進(jìn)非極性面的生長(zhǎng)，提高所制氫氧化鎂粉體的有機(jī)相容性和分散性，然后繼續(xù)超聲陳化，最后洗滌、烘干、研磨后得到最終產(chǎn)品。與傳統(tǒng)方法的水相反應(yīng)環(huán)境相比，本發(fā)明方法采用油相反應(yīng)環(huán)境，可以通過(guò)調(diào)整油相體系的組成和比例控制反應(yīng)進(jìn)程，降低團(tuán)聚，控制產(chǎn)物的形貌和尺寸，從而制備具有特殊形貌且分散性良好的超細(xì)氫氧化鎂顆粒。下述實(shí)施例中，鎂源水溶液和堿源水溶液的份數(shù)為體積份數(shù)，單位為ml，油相體系的份數(shù)為質(zhì)量份數(shù)，單位為克。
實(shí)施例I :分別將MgSO4和氨水溶于去離子水，制備成濃度為O. 5mol/L的MgSO4水溶液和濃度為I. Omol/L的堿溶液。取25份所述MgSO4水溶液和25份所述堿溶液，同時(shí)滴加到75份由石蠟和煤油(質(zhì)量比為2:1)組成的油相體系中，同時(shí)施加攪拌和超聲，反應(yīng)5分鐘，反應(yīng)溫度為15°C，超聲功率為400W，攪拌速度為400rpm。反應(yīng)結(jié)束后，陳化20分鐘，陳化條件為施加400W超聲，并以400rpm的速度攪拌。陳化結(jié)束后，將母液離心得到產(chǎn)物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產(chǎn)物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產(chǎn)品高分散性氫氧化鎂粉體。由圖I可見(jiàn)，制得的氫氧化鎂粉體由微米級(jí)類(lèi)球形顆粒組成，顆粒的粒徑為I V- m-5 μ m,形貌均勻，顆粒表面由厚度為10nm-50nm片狀結(jié)構(gòu)穿插形成結(jié)構(gòu)緊密且遍布整個(gè)顆粒表面的花瓣形貌。產(chǎn)品表面的花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)有助于比表面積的提高，進(jìn)而提高其阻燃效率，從而減少添加量，降低其作為阻燃劑使用時(shí)對(duì)基體機(jī)械性能的影響。經(jīng)沉降實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示，可以看出，與市售氫氧化鎂相比，本發(fā)明制備方法 制得的氫氧化鎂粉體分散性能優(yōu)異，與高分子基體相容性更好，不易團(tuán)聚。實(shí)施例2 :分別將MgCl2和氨水溶于去離子水，制備成濃度為I. Omol/L的MgCl2水溶液和濃度為2. Omol/L的堿溶液。取25份所述MgCl2水溶液和25份所述堿溶液同時(shí)滴加到25份由環(huán)己烷和硅油(質(zhì)量比為I :1)組成的油相體系中，同時(shí)施加攪拌和超聲，反應(yīng)30分鐘，反應(yīng)溫度為25°C，超聲功率為50W，攪拌速度為600rpm。反應(yīng)結(jié)束后，陳化50分鐘，陳化條件為施加200W超聲，并以IOOrpm的速度攪拌。陳化結(jié)束后，將母液離心得到產(chǎn)物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產(chǎn)物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產(chǎn)品高分散性氫氧化鎂粉體。實(shí)施例3 :分別將Mg(HCO3)2和NaOH溶于去離子水，制備成濃度為2. Omol/L的Mg (HCO3) 2水溶液和濃度為4. 0mol/L的堿溶液。取25份所述Mg (HCO3) 2水溶液和25份所述堿溶液同時(shí)滴加到35份由汽油和正辛烷(質(zhì)量比為I :3)組成的油相體系中，同時(shí)施加攪拌和超聲，反應(yīng)25分鐘，反應(yīng)溫度為20°C，超聲功率為500W，攪拌速度為300rpm。反應(yīng)結(jié)束后，陳化20分鐘，陳化條件為施加300W超聲，并以400rpm的速度攪拌。陳化結(jié)束后，將母液離心得到產(chǎn)物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產(chǎn)物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產(chǎn)品高分散性氫氧化鎂粉體。實(shí)施例4 :分別將堿式碳酸鎂和NaOH溶于去離子水，制備成濃度為4. 0mol/L的堿式碳酸鎂水溶液和濃度為8. 0mol/L的堿溶液。取25份所述堿式碳酸鎂水溶液和25份所述堿溶液同時(shí)滴加到45份由甲苯和正辛烷(質(zhì)量比為3:1)組成的油相體系中，同時(shí)施加攪拌和超聲，反應(yīng)40分鐘，反應(yīng)溫度為15°C，超聲功率為300W，攪拌速度為50rpm。反應(yīng)結(jié)束后，陳化45分鐘，陳化條件為施加100W超聲，并以600rpm的速度攪拌。陳化結(jié)束后，將母液離心得到產(chǎn)物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產(chǎn)物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產(chǎn)品高分散性氫氧化鎂粉體。實(shí)施例5 :分別將MgSiO3和氨水溶于去離子水，制備成濃度為3. 0mol/L的MgSiO3水溶液和濃度為6. 0mol/L的堿溶液。取25份所述MgSiO3水溶液和25份所述堿溶液同時(shí)滴加到55份由二甲苯和石油醚(質(zhì)量比為I :2)組成的油相體系中，同時(shí)施加攪拌和超聲，反應(yīng)15分鐘，反應(yīng)溫度為35°C，超聲功率為100W，攪拌速度為300rpm。反應(yīng)結(jié)束后，陳化15分鐘，陳化條件為施加50W超聲，并以800rpm的速度攪拌。陳化結(jié)束后，將母液離心得到產(chǎn)物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產(chǎn)物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產(chǎn)品高分散性氫氧化鎂粉體。實(shí)施例6 :分別將Mg (NO3) 2和氨水溶于去離子水，制備成濃度為1. 5mo I /L的Mg(NO3)2水溶液和濃度為3. Omol/L的堿溶液。取25份所述Mg(NO3)2水溶液和25份所述堿溶液同時(shí)滴加到65份由環(huán)己烷和正辛烷(質(zhì)量比為2 1)組成的油相體系中，同時(shí)施加攪拌和超聲，反應(yīng)45分鐘，反應(yīng)溫度為55°C，超聲功率為200W，攪拌速度為200rpm。反應(yīng)結(jié)束后，陳化60分鐘，陳化條件為施加150W超聲，并以50rpm的速度攪拌。陳化結(jié)束后，將母液離心得到產(chǎn)物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產(chǎn)物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產(chǎn)品高分散性氫氧化鎂粉體。實(shí)施例7 :分別將Mg (AC) 2和NaOH溶于去離子水，制備成濃度為2. 5mol/L的Mg (AC) 2水溶液和濃度為5. Omol/L的堿溶液。取25份所述Mg (AC) 2水溶液和25份所述堿溶液同時(shí)滴加到75份由汽油和石蠟(質(zhì)量比為I :2. 5)組成的油相體系中，同時(shí)施加攪拌 和超聲，反應(yīng)60分鐘，反應(yīng)溫度為60°C，超聲功率為300W，攪拌速度為500rpm。反應(yīng)結(jié)束后，陳化5分鐘，陳化條件為施加250W超聲，并以IOOOrpm的速度攪拌。陳化結(jié)束后，將母液離心得到產(chǎn)物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產(chǎn)物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產(chǎn)品高分散性氫氧化鎂粉體。實(shí)施例8 :分別將MgCl2和KOH溶于去離子水，制備成濃度為3. 5mol/L的MgCl2水溶液和濃度為7. Omol/L的堿溶液。取25份所述MgCl2水溶液和25份所述堿溶液同時(shí)滴加到75份由硅油和汽油(質(zhì)量比為2.5 :1)組成的油相體系中，同時(shí)施加攪拌和超聲，反應(yīng)35分鐘，反應(yīng)溫度為30°C，超聲功率為100W，攪拌速度為lOOOrpm。反應(yīng)結(jié)束后，陳化30分鐘，陳化條件為施加500W超聲，并以200rpm的速度攪拌。陳化結(jié)束后，將母液離心得到產(chǎn)物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產(chǎn)物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產(chǎn)品高分散性氫氧化鎂粉體。
權(quán)利要求
1.ー種高分散性氫氧化鎂粉體，其特征在干，構(gòu)成所述粉體的顆粒分布均勻，顆粒整體呈類(lèi)球形，粒徑為I μ m-5 μ m,類(lèi)球狀顆粒表面由厚度為10nm-50nm片狀結(jié)構(gòu)穿插形成結(jié)構(gòu)緊密且遍布整個(gè)顆粒表面的花瓣形貌。
2.權(quán)利要求I所述高分散性氫氧化鎂粉體的制備方法，其特征在干，該制備方法是在攪拌和超聲條件下，將鎂源的水溶液和堿源的水溶液同時(shí)滴加到油相體系中，于15 60°C反應(yīng)5 60分鐘，再在攪拌和超聲條件下陳化5 60分鐘，然后去除母液、洗滌、烘干、研磨，即得產(chǎn)物，其中攪拌速度為50 lOOOrpm，超聲功率為50 500W。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述鎂源為氯化鎂、硫酸鎂、硝酸鎂、堿式碳酸鎂、碳酸鎂、碳酸氫鎂、醋酸鎂和硅酸鎂組成的化合物組中的至少ー種化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述堿源為氨水、氫氧化鈉和氫氧化鉀三種化合物中的至少ー種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述油相體系為液體石蠟、煤油、硅油、汽油、柴油、環(huán)己烷、正辛烷、石油醚、甲苯和ニ甲苯組成的油相物質(zhì)組中的至少ー種油相物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，鎂源的水溶液的濃度為O.5 ~ 4. Omol/L，堿源的水溶液的濃度為O. 5 8. Omol/L，兩種水溶液的體積比為I :l，50mL兩種水溶液使用25 75克油相體系。
全文摘要
本發(fā)明涉及高分散性氫氧化鎂粉體及其制備方法，該粉體顆粒分布均勻，顆粒整體呈類(lèi)球形，粒徑為1μm-5μm，類(lèi)球狀顆粒表面由厚度為10nm-50nm片狀結(jié)構(gòu)穿插形成結(jié)構(gòu)緊密且遍布整個(gè)顆粒表面的花瓣形貌。該制備方法是，在攪拌和超聲條件下，將鎂源的水溶液和堿源的水溶液同時(shí)滴加到油相體系中，于15～60℃反應(yīng)5～60分鐘，再在攪拌和超聲條件下陳化5～60分鐘，然后去除母液、洗滌、烘干、研磨，即得產(chǎn)物，其中攪拌速度為50～1000rpm，超聲功率為50～500W。該制備方法操作簡(jiǎn)單，反應(yīng)時(shí)間短，能夠在室溫下快速制備出分散性良好，尺寸均勻的超細(xì)氫氧化鎂粉體。
文檔編號(hào)C01F5/20GK102815729SQ20121034480
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者宋國(guó)林, 錢(qián)鵬, 唐國(guó)翌 申請(qǐng)人:清華大學(xué)深圳研究生院