一種氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑的制備方法，是針對(duì)阻燃劑氫氧化鎂的弊端，結(jié)合碳微球熱穩(wěn)定性的特征，用氫氧化鎂包覆碳微球制成阻燃劑，采用葡萄糖制成碳微球，氯化鎂在堿性環(huán)境中生成氫氧化鎂，并進(jìn)行包覆，經(jīng)超聲分散、調(diào)節(jié)pH值、洗滌、抽濾、真空干燥、研磨過篩，制成氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑粉體顆粒產(chǎn)物，本制備方法工藝先進(jìn)、數(shù)據(jù)翔實(shí)準(zhǔn)確，產(chǎn)物為黑灰色粉體顆粒，顆粒直徑500～650nm，包覆層厚度15～50nm，純度高，達(dá)97%，阻燃效果好，可在紡織、印染及多種工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，是十分理想的氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑的制備方法。
【專利說明】一種氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑的制備方法，屬無機(jī)阻燃材料的制備及應(yīng)用的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，世界及中國(guó)各地火災(zāi)事故頻頻發(fā)生，阻燃技術(shù)因此成了研究熱點(diǎn)，其阻燃劑有向著無鹵化、阻燃超細(xì)化、抑煙化發(fā)展的趨勢(shì)，因此納米阻燃劑受到了人們的關(guān)注。
[0003]氫氧化鎂是一種擁有填充、阻燃和抑煙功能的化學(xué)填料，其煙霧無毒、無腐蝕性，是一種綠色阻燃材料，其分解生成的氧化鎂是良好的耐火材料，具有極大的表面積，它能吸收煙霧和可燃物，具有消煙作用；但氫氧化鎂作為無機(jī)阻燃劑，在聚合物中添加量極大，常會(huì)引起夾生現(xiàn)象，其凝聚成團(tuán)后會(huì)形成10?100微米的顆粒，會(huì)降低聚合物材料的物理和機(jī)械性能，使阻燃有效率大幅度減弱。
[0004]碳微球具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)越的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性，其作為阻燃材料使用，僅需極少的添加量就能達(dá)到較好的阻燃效果，但是它最大的缺陷是在燃燒過程中產(chǎn)生的顆粒型煙霧較大。
[0005]如果用氫氧化鎂對(duì)碳微球進(jìn)行包覆，制成復(fù)合阻燃劑，不僅可以提升和擴(kuò)展氫氧化鎂的抑煙阻燃效果，又可降低阻燃劑的添加量，同時(shí)使碳微球的協(xié)同阻燃得以發(fā)揮，故兩者的復(fù)合是一個(gè)優(yōu)越的匹配，但這方面的研究較少，國(guó)內(nèi)外鮮見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的
[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)【背景技術(shù)】狀況，采用氫氧化鎂包覆碳微球制成復(fù)合阻燃劑，生成新的阻燃材料，以大幅度提高復(fù)合阻燃劑的阻燃效果，擴(kuò)展滅火材料的應(yīng)用范圍。
[0008]技術(shù)方案
[0009]使用的化學(xué)物質(zhì)材料為:葡萄糖、氯化鎂、氨水、無水乙醇、去離子水，其組合準(zhǔn)備用量如下:以克、毫升為計(jì)量單位
[0010]葡萄糖:C6H120648.6g±0.1g
[0011]氯化鎂:MgCl2.6H2042.6g±0.1g
[0012]氨水:NH3.H2O10mL±lmL
[0013]無水乙醇:C2H6O2000 mL± IOOmL
[0014]去離子水:H2O10000 mL± IOOmL
[0015]制備方法如下:
[0016](I)精選化學(xué)物質(zhì)材料
[0017]對(duì)制備使用的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度、濃度控制:
[0018]葡萄糖:固態(tài)固體99.9%
[0019]氯化鎂:固態(tài)固體99.9%[0020]氨水:液態(tài)液體濃度25%
[0021]無水乙醇:液態(tài)液體99.9%
[0022]去離子水:液態(tài)液體99.9%
[0023](2)制備碳微球
[0024]①.配制葡萄糖水溶液
[0025]稱取葡萄糖48.6±0.lg，量取去離子水600mL±lmL，置于燒杯中，快速攪拌3min，使其溶解，成0.45mol/L的葡萄糖水溶液；
[0026]②.高壓反應(yīng)爸加熱反應(yīng)
[0027]將配置好的葡萄糖水溶液置于聚四氟乙烯容器中，然后置于高壓反應(yīng)釜中，并密閉；
[0028]將反應(yīng)釜置于高壓加熱爐中，并密閉，高壓加熱爐內(nèi)壓強(qiáng)為8MPa，開啟電阻加熱器，加熱溫度300°C ±5°C，開啟反應(yīng)釜頂蓋上的攪拌器，進(jìn)行攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)150r/min，高壓加熱時(shí)間8h ；
[0029]反應(yīng)后關(guān)閉加熱爐停止加熱，停止攪拌，爐內(nèi)壓強(qiáng)恢復(fù)到常壓，反應(yīng)釜隨爐自然冷卻至250C ；
[0030]③.抽濾
[0031]將高壓反應(yīng)后的葡萄糖`水溶液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中；
[0032]④.無水乙醇洗滌、抽濾；
[0033]將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入無水乙醇300mL,攪拌洗滌3min,成洗滌液；
[0034]將洗滌液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中；
[0035]無水乙醇洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行10次；
[0036]⑤.去離子水洗滌、抽濾
[0037]將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入去離子水200mL，攪拌洗滌3min，成洗滌液；
[0038]將洗滌液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中；
[0039]去離子水洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行10次；
[0040]⑥.真空干燥
[0041]將產(chǎn)物濾餅置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度120°C，真空度8Pa，干燥時(shí)間4h ；
[0042]干燥后得碳微球；
[0043](3)制備氫氧化鎂包覆碳微球
[0044]①.配置氯化鎂水溶液
[0045]稱取氯化鎂42.6g±0.1g,量取去離子水350mL，置于燒杯中，混合攪拌3min，成
0.6mol/L的氯化鎂水溶液；
[0046]②.超聲分散處理碳微球
[0047]稱取碳微球lg±0.1g,稱取去離子水10mL±lmL,置于燒杯中，混合攪拌3min,成碳微球懸池液；[0048]將盛有碳微球懸濁液的燒杯置于超聲波分散器內(nèi)進(jìn)行超聲分散，超聲波頻率40KHz,分散時(shí)間30min ；
[0049]③.稀釋處理氨水
[0050]將氨水10mL± ImL置于燒杯中，加入去離子水90mL± ImL,攪拌lmin,成氨水稀釋溶液；
[0051]④.將氨水稀釋溶液加入三口燒瓶中，并進(jìn)行攪拌；
[0052]在攪拌過程中滴加氯化鎂水溶液，滴加速度3mL/min，邊滴加邊攪拌，成混合溶液，混合溶液PH值為10，偏堿性；繼續(xù)攪拌2h，成氫氧化鎂懸濁液；
[0053]⑤.將碳微球懸濁液加入三口燒瓶中，繼續(xù)攪拌3h，然后靜置12h，成混合液；
[0054]在氨水稀釋液、氯化鎂水溶液、碳微球懸濁液混合過程中將發(fā)生反應(yīng)，并形成氫氧化鎂包覆碳微球；
[0055]⑥.抽濾
[0056]將氫氧化鎂包覆碳微球混合液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中；
[0057]⑦.去離子水洗滌、抽濾
[0058]將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入去離子水200mL，攪拌洗滌3min，成洗滌液；
[0059]將洗滌液置于抽濾 瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中；
[0060]去離子水洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行10次；
[0061]⑧.真空干燥
[0062]將產(chǎn)物濾餅置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度120°C，真空度8Pa，干燥時(shí)間4h，干燥后為粉體顆粒；
[0063]⑨.研磨、過篩
[0064]將干燥后的粉體顆粒用瑪瑙研缽、研棒進(jìn)行研磨，然后用200目篩網(wǎng)過篩，研磨、過篩重復(fù)進(jìn)行，研磨、過篩后為氫氧化鎂包覆碳微球產(chǎn)物；
[0065](4)檢測(cè)、分析、表征
[0066]對(duì)制備的氫氧化鎂包覆碳微球的形貌、色澤、成分、化學(xué)物理性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征；
[0067]用JSM-6700F型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)氫氧化鎂包覆碳微球進(jìn)行形貌分析；
[0068]用FTIR-1730型紅外光譜儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行EDS能譜分析；
[0069]用XY型氧指數(shù)儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行氧指數(shù)分析；
[0070]結(jié)論:氫氧化鎂包覆碳微球?yàn)楹诨疑垠w顆粒，顆粒直徑500?650nm，包覆層厚度15?50nm,化學(xué)物理性能穩(wěn)定；
[0071](5)產(chǎn)物存儲(chǔ)
[0072]氫氧化鎂包覆碳微球儲(chǔ)存于棕色透明的玻璃容器內(nèi)，密閉避光儲(chǔ)存，要防水、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20°C，相對(duì)濕度< 10%。
[0073]有益效果
[0074]本發(fā)明與【背景技術(shù)】相比具有明顯的先進(jìn)性，是針對(duì)阻燃劑氫氧化鎂的性能弊端，結(jié)合碳微球熱穩(wěn)定性的特征，用氫氧化鎂包覆碳微球制成阻燃劑，采用葡萄糖制備碳微球、氯化鎂在堿性環(huán)境中生成氫氧化鎂，并進(jìn)行包覆，經(jīng)超聲分散、調(diào)節(jié)pH值、洗滌、抽濾、真空干燥、研磨過篩，制成氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑粉體顆粒，本制備方法工藝先進(jìn)、數(shù)據(jù)翔實(shí)準(zhǔn)確，產(chǎn)物為黑灰色粉體顆粒狀，顆粒直徑500-650nm，包覆層厚度15-50nm，純度高，達(dá)97%，阻燃效果好，可在紡織、印染及多種工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用，是十分理想的氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑的制備方法。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0075]圖1為氫氧化鎂包覆碳微球制備狀態(tài)圖
[0076]圖2為氫氧化鎂包覆碳微球與普通碳微球形貌對(duì)比圖
[0077]圖3為氫氧化鎂包覆碳微球前后紅外光譜圖
[0078]圖中所示，附圖標(biāo)記清單如下:
[0079]1、燒瓶座，2、三口燒瓶，3、滴液漏斗，4、滴液控制閥，5、攪拌器，6、酸堿度測(cè)試器，
7、測(cè)試器固定架，8、氫氧化鎂包覆碳微球混合液，9、滴液漏斗固定架，10、攪拌器固定架。
【具體實(shí)施方式】
[0080]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0081]圖1所示，為氫氧化鎂包覆碳微球制備狀態(tài)圖，各部位置要正確，按量配比，按序操作。
[0082]制備使用的化學(xué)物質(zhì)的量值是按預(yù)先設(shè)定的范圍確定的，以克、毫升為計(jì)量單位。
[0083]氫氧化鎂包覆碳微球是在三口燒瓶中進(jìn)行的，是在常溫下加入氯化鎂水溶液、碳微球，并在滴加氨水的過程中、攪拌狀態(tài)下完成的；
[0084]三口燒瓶2置于燒瓶座I上，在三口燒瓶2的上部由左至右依次設(shè)置滴液漏斗3、攪拌器5、酸堿度測(cè)試器6 ;滴液漏斗3下部設(shè)有滴液控制閥4，并由滴液漏斗固定架9固定；攪拌器5由攪拌器控制架10固定；酸堿度測(cè)試器6由測(cè)試器控固定架7固定；三口燒瓶2內(nèi)為氫氧化鎂包覆碳微球混合液8。
[0085]圖2所示，為氫氧化鎂包覆碳微球與普通碳微球形貌對(duì)比圖，圖中可見:未經(jīng)包覆處理的碳微球表面形貌整體光滑圓潤(rùn)、粒徑均勻飽滿，包覆處理后的碳微球粒徑變大，表面粗糙，凹凸不平，清晰可見有氫氧化鎂包覆在碳微球表面。
[0086]圖3為氫氧化鎂包覆碳微球前后紅外光譜圖，a曲線為碳微球紅外光譜圖，從圖中可以明顯看到碳微球的典型特征峰出現(xiàn)在1621cm—1和1417cm—1波數(shù)處，分別為C=C吸收振動(dòng)峰及苯環(huán)吸收振動(dòng)峰，同時(shí)在3424CHT1處出現(xiàn)了較強(qiáng)的寬峰，說明碳微球表面存在-OH ；在a曲線上，還出現(xiàn)了羧酸-C=O的伸縮振動(dòng)峰(1704CHT1)和羧酸的-COO反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰(1384CHT1)，這些表明碳微球表面存在有-COOH ；b曲線為氫氧化鎂包覆碳微球紅外光譜圖，與a曲線相比，氫氧化鎂包覆的碳微球在1621(138?!1和1417CHT1處保留了原碳微球本身的C=C吸收振動(dòng)峰，-C00-對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰以及苯環(huán)吸收振動(dòng)峰；而3698CHT1處出現(xiàn)了 Mg(OH)2的O-H伸縮振動(dòng)特征峰，同時(shí)在a曲線上的3424CHT1處的O-H伸縮振動(dòng)吸收峰發(fā)生紅移，移至3410cm—1處，是碳微球表面的-OH、-COOH與氫氧化鎂的-OH形成氫鍵所致；綜上可知在碳微球表面包覆了 Mg(0H)2。
【權(quán)利要求】
1.一種氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑的制備方法，其特征在于: 使用的化學(xué)物質(zhì)材料為:葡萄糖、氯化鎂、氨水、無水乙醇、去離子水，其組合準(zhǔn)備用量如下:以克、毫升為計(jì)量單位 葡萄糖=C6H12O648.6g±0.1g 氯化鎂=MgCl2.6H2042.6g±0.1g 氨水:NH3.H2OIOmLilmL 無水乙醇:C2H6O2000 mL± IOOmL 去離子水:H2010000 mL± IOOmL 制備方法如下: (1)精選化學(xué)物質(zhì)材料 對(duì)制備使用的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度、濃度控制: 葡萄糖:固態(tài)固體99.9% 氯化鎂:固態(tài)固體99.9% 氨水:液態(tài)液體濃度25% 無水乙醇:液態(tài)液體99.9% 去離子水:液態(tài)液體99.9% (2)制備碳微球 ①.配制葡萄糖水溶液 稱取葡萄糖48.6±0.lg，量取去離子水600mL±lmL，置于燒杯中，快速攪拌3min，使其溶解，成0.45mol/L的葡萄糖水溶液； ②.高壓反應(yīng)爸加熱反應(yīng) 將配置好的葡萄糖水溶液置于聚四氟乙烯容器中，然后置于高壓反應(yīng)釜中，并密閉；將反應(yīng)釜置于高壓加熱爐中，并密閉，高壓加熱爐內(nèi)壓強(qiáng)為8MPa，開啟電阻加熱器，力口熱溫度300°C ±5°C，開啟反應(yīng)釜頂蓋上的攪拌器，進(jìn)行攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)150r/min，高壓加熱時(shí)間8h ； 反應(yīng)后關(guān)閉加熱爐停止加熱，停止攪拌，爐內(nèi)壓強(qiáng)恢復(fù)到常壓，反應(yīng)釜隨爐自然冷卻至250C ； ③.抽濾 將高壓反應(yīng)后的葡萄糖水溶液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中； ④.無水乙醇洗滌、抽濾； 將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入無水乙醇300mL,攪拌洗滌3min,成洗滌液； 將洗滌液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中； 無水乙醇洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行10次； ⑤.去離子水洗滌、抽濾 將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入去離子水200mL,攪拌洗滌3min,成洗滌液； 將洗滌液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中；去離子水洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行10次； ⑥.真空干燥 將產(chǎn)物濾餅置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度120°c，真空度8Pa，干燥時(shí)間4h ； 干燥后得碳微球； (3)制備氫氧化鎂包覆碳微球 ①.配置氯化鎂水溶液 稱取氯化鎂42.6g±0.1g,量取去離子水350mL，置于燒杯中，混合攪拌3min，成0.6mol/L的氯化鎂水溶液； ②.超聲分散處理碳微球 稱取碳微球lg±0.1g,稱取去離子水10mL±lmL,置于燒杯中，混合攪拌3min,成碳微球懸池液； 將盛有碳微球懸濁液的燒杯置于超聲波分散器內(nèi)進(jìn)行超聲分散，超聲波頻率40KHz，分散時(shí)間30min ； ③.稀釋處理氨水 將氨水10mL± ImL置于燒杯中，加入去離子水90mL± ImL,攪拌lmin，成氨水稀釋溶液； ④.將氨水稀釋溶液加入三口燒瓶中，并進(jìn)行攪拌； 在攪拌過程中滴加氯化鎂水溶液，滴加速度3mL/min，邊滴加邊攪拌，成混合溶液，混合溶液PH值為10，偏堿性；繼續(xù)攪拌2h，成氫氧化鎂懸濁液； ⑤.將碳微球懸濁液加入三口燒瓶中，繼續(xù)攪拌3h，然后靜置12h，成混合液； 在氨水稀釋液、氯化鎂水溶液、碳微球懸濁液混合過程中將發(fā)生反應(yīng)，并形成氫氧化鎂包覆碳微球； ⑥.抽濾 將氫氧化鎂包覆碳微球混合液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中； ⑦.去離子水洗滌、抽濾 將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入去離子水200mL,攪拌洗滌3min,成洗滌液； 將洗滌液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中； 去離子水洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行10次； ⑧.真空干燥 將產(chǎn)物濾餅置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥溫度120°C，真空度8Pa，干燥時(shí)間4h，干燥后為粉體顆粒； ⑨.研磨、過篩 將干燥后的粉體顆粒用瑪瑙研缽、研棒進(jìn)行研磨，然后用200目篩網(wǎng)過篩，研磨、過篩重復(fù)進(jìn)行，研磨、過篩后為氫氧化鎂包覆碳微球產(chǎn)物； (4)檢測(cè)、分析、表征 對(duì)制備的氫氧化鎂包覆碳微球的形貌、色澤、成分、化學(xué)物理性能進(jìn)行檢測(cè)、分析、表征； 用JSM-6700F型場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)氫氧化鎂包覆碳微球進(jìn)行形貌分析； 用FTIR-1730型紅外光譜儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行EDS能譜分析； 用XY型氧指數(shù)儀對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行氧指數(shù)分析； 結(jié)論:氫氧化鎂包覆碳微球?yàn)楹诨疑垠w顆粒，顆粒直徑500?650nm，包覆層厚度15?50nm,化學(xué)物理性能穩(wěn)定； (5)產(chǎn)物存儲(chǔ) 氫氧化鎂包覆碳微球儲(chǔ)存于棕色透明的玻璃容器內(nèi)，密閉避光儲(chǔ)存，要防水、防曬、防酸堿鹽侵蝕，儲(chǔ)存溫度20°C，相對(duì)濕度< 10%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氫氧化鎂包覆碳微球阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述的氫氧化鎂包覆碳微球是在三口燒瓶中進(jìn)行的，是在常溫下加入氯化鎂水溶液、碳微球，并在滴加氨水的過程中、攪拌狀態(tài)下完成的； 三口燒瓶(2)置于燒瓶座(I)上，在三口燒瓶(2)的上部由左至右依次設(shè)置滴液漏斗(3)、攪拌器(5)、酸堿度測(cè)試器(6);滴液漏斗(3)下部設(shè)有滴液控制閥(4)，并由滴液漏斗固定架(9)固定；攪拌器(5)由攪拌器控制架(10)固定，酸堿度測(cè)試器(6)由測(cè)試器固定架 (7)固定；三口燒瓶?jī)?nèi)為氫氧化鎂包覆碳微球混合液(8)。
【文檔編號(hào)】C09K21/02GK103436269SQ201310360761
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】牛梅, 戴晉明, 楊雅茹, 王欣, 薛寶霞, 張瑩, 劉旭光, 許并社 申請(qǐng)人:太原理工大學(xué)