納米級改性氫氧化鎂的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種納米級改性氫氧化鎂的制備方法，旨在提供一種產(chǎn)率高，工藝過程短，生產(chǎn)過程無污染，粒徑分布窄，能夠一步完成超細(xì)化與表面改性的超細(xì)氫氧化鎂的制備方法。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實現(xiàn)：將325～8000目粒徑的氫氧化鎂粉體、表面改性劑和溶劑按比例為1000∶1～80∶1000～5000（重量份）混合、攪拌打漿，然后，將上述漿料通過研磨設(shè)備，用直徑≤0.8mm的球形介質(zhì)研磨珠，填充于研磨腔體內(nèi)，在填充體積比大于35％，研磨珠的最低運動速度大于10米/秒的環(huán)境下進(jìn)行研磨，再將上述研磨獲得的漿料，通過干燥設(shè)備，獲得平均粒徑分布在50～500納米的表面經(jīng)過改性的超細(xì)化氫氧化鎂粉體。
【專利說明】納米級改性氫氧化鎂的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是關(guān)于納米級改性氫氧化鎂的制備方法，更具體地說本發(fā)明是關(guān)于可以主要應(yīng)用于阻燃領(lǐng)域，表面改性的納米級改性超細(xì)氫氧化鎂的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氧化鎂粉體材料作為無機、抑煙、無毒阻燃材料，在高分子聚合物阻燃領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。氫氧化鎂以其相對于被廣泛使用的氫氧化鋁阻燃材料具有高的熱穩(wěn)定性能、高的吸熱量、優(yōu)異的抑煙能力、低硬度，被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的環(huán)境友好型無機阻燃劑，成為近幾年各國研究的熱點。
[0003]納米科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，從理論、制備工藝和相關(guān)設(shè)備(包括分析測試儀器)等方面，都對氫氧化鎂阻燃劑的超細(xì)化研究產(chǎn)生了極大的推動。利用超細(xì)化處理，尤其是超細(xì)化和表面處理相結(jié)合的處理方法，可以大幅度改善氫氧化鎂阻燃劑與聚合物基質(zhì)的相容性，能夠明顯改善氫氧化鎂阻燃材料力學(xué)性能和加工性能。另外，阻燃劑納米化有助于充分發(fā)揮其阻燃性能，如對添加有納米阻燃劑的聚合材料進(jìn)行燃燒測試，可知添加納米氫氧化鎂(與傳統(tǒng)阻燃劑相比)的聚合材料形成的膨脹泡沫炭層細(xì)密，具有高密度和高強度。這是由于納米阻燃劑尺寸細(xì)小、比表面積大，粒子在聚合物中均勻分散，阻燃過程中各處納米氫氧化鎂粒子可均勻受熱，避免了顆粒較大時局部分解造成聚合物材料成炭不均勻和成炭質(zhì)量差。
[0004]加強納米氫氧化鎂的制備研究，促進(jìn)我國氫氧化鎂阻燃劑的生產(chǎn)與發(fā)展已經(jīng)成為無機阻燃劑領(lǐng)域的研究熱點。近年來，北京理工大學(xué)、中國科技大學(xué)、清華大學(xué)、北京化工大學(xué)等單位相繼對納米氫氧化鎂阻燃劑的制備工藝和應(yīng)用進(jìn)行了研究，采用的方法主要有金屬鎂水化法、直接沉淀法、均勻沉淀法、沉淀-共沸蒸餾法、超重力法等。
[0005]金屬鎂水化法制氫氧化鎂有兩種工藝，其對原料和設(shè)備的要求特別高，產(chǎn)品純度高，但成本也高，產(chǎn)率低，難實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
[0006]水鎂石粉碎法選擇相對純凈的天然水鎂石等為原料，在助磨劑存在下，經(jīng)攪拌磨濕法研磨，級分，表面處理，獲得達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的超細(xì)粉體。但是，該制備方法耗能高，粒子的尺寸一般0.7-3 μ m或更大，尺度和形狀分布寬，達(dá)產(chǎn)品品質(zhì)低。
[0007]直接沉淀法用NaOH為沉淀劑時，反應(yīng)條件苛刻，不易控制；用NH3-H20或NH3為沉淀劑時，易污染環(huán)境；用Ca (OH) 2為沉淀時，產(chǎn)品純度低，副產(chǎn)物鈣鹽難處理。
[0008]沉淀-水熱法的特點是產(chǎn)品的純度高，粒徑和形態(tài)分布均勻，但粒徑較大，一般在
0.5~5 μ m，需要高溫高壓設(shè)備，間歇式操作。
[0009]高剪切均質(zhì)乳化反應(yīng)器與膠體磨相似，實際上未實現(xiàn)微觀均勻混合，產(chǎn)物粒徑分布寬。
[0010]全返混液膜反應(yīng)器實質(zhì)上是在進(jìn)行沉淀-水熱法操作，反應(yīng)物長時間返混，操作冗長,生產(chǎn)成本高。
[0011]超重力法制備納米氫氧化鎂已經(jīng)取得了成功，實現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。但是，在液絲、液膜、液滴三種不同的反應(yīng)環(huán)境中進(jìn)行沉淀反應(yīng)，注定所得產(chǎn)物的粒徑和形態(tài)不均勻；填充床有可能被氫氧化鎂沉淀堵塞。
[0012]撞擊流法采用噴射式撞擊流反應(yīng)結(jié)晶器。這中反應(yīng)器來自分子束反應(yīng)器，當(dāng)鎂鹽溶液和堿液噴射流較大時，將達(dá)不到微觀混合均勻，將出現(xiàn)產(chǎn)品的粒徑和形態(tài)分布不均勻，難實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)。
[0013]用自旋圓盤反應(yīng)器合成納米氫氧化鎂，再經(jīng)焙燒制氧化鎂。由于在自旋圓盤上缺少將兩種反應(yīng)液快速混合均勻的機構(gòu)，因此粒徑和形態(tài)分布的均勻性受到影響。
[0014]這些方法都分別存在著工藝過程冗長、成本高，產(chǎn)率低、難實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，粒徑大和形狀分布寬、產(chǎn)品品質(zhì)低，生產(chǎn)過程對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種制造產(chǎn)率高，工藝過程短，生產(chǎn)過程無污染，粒徑分布窄，能夠一步完成超細(xì)化與表面改性的超細(xì)氫氧化鎂的制備方法。
[0016]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到:一種納米級改性氫氧化鎂的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
[0017]將325~8000目粒徑的氫氧化鎂粉體、表面改性劑和溶劑按比例為1000: I~80: 1000~5000 (重量份)混合、攪拌打漿，然后，將上述漿料通過研磨設(shè)備，用直徑(0.8mm的球形介質(zhì)研磨珠，填充于研磨腔體內(nèi)，在填充體積比大于35%，研磨珠的最低運動速度大于10米/秒的環(huán) 境下進(jìn)行研磨，再將上述研磨獲得的漿料，通過干燥設(shè)備，獲得平均粒徑分布在50~500納米的表面經(jīng)過改性的超細(xì)化氫氧化鎂粉體。
[0018]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0019]本發(fā)明采用按一定比例的氫氧化鎂粉體與表面改性劑及溶劑、研磨，在有別于現(xiàn)有技術(shù)的工藝條件下、將粗氫氧化鎂粉體通過超細(xì)化、表面改性劑，在一定溫度條件下干燥獲得經(jīng)過表面改性的超細(xì)氫氧化鎂粉體。用較短的工藝流程、一步完成氫氧化鎂粉體的超細(xì)化與表面改性，解決了現(xiàn)有技術(shù)金屬鎂水化法、直接沉淀法、均勻沉淀法、沉淀-共沸蒸餾法、超重力法，干法，工藝過程冗長、成本高，產(chǎn)率低、難實現(xiàn)工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，粒徑分布寬、產(chǎn)品品質(zhì)低，生產(chǎn)過程對環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。
[0020]本發(fā)明采用高效納米級研磨，結(jié)合納米氫氧化鎂表面改性技術(shù)，將氫氧化鎂超細(xì)化工藝及表面改性工藝合為一步，既減少了工藝步驟、降低了成本，同時也提高了改性率、粒徑分布寬度等產(chǎn)品的品質(zhì)，使納米級表面改性氫氧化鎂的規(guī)模化量產(chǎn)成為現(xiàn)實。用簡單的工藝設(shè)備、容易實現(xiàn)的工藝條件、實現(xiàn)了工藝成本低、產(chǎn)品粒徑分布窄、生產(chǎn)過程環(huán)保無污染，一步完成氫氧化鎂粉體的表面改性與氫氧化鎂粉體的超細(xì)化。為低成本的規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)的超細(xì)化納米氫氧化鎂粉體提供了技術(shù)捷徑。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實施例。
[0022]在以下實施例中，制備的工藝流程可以按如下步驟:
[0023]步驟1:將氫氧化鎂粉體按一定比例與表面改性劑、溶劑混合、攪拌成漿料；氫氧化鎂粉體的粒徑通常可以在325~8000目范圍內(nèi)；表面改性劑可以是硅烷偶聯(lián)劑的醇稀釋液、長鏈有機酸中的一種；溶劑為水、Cl~C4以下的醇中的一種或幾種；氫氧化鎂、表面改性劑與溶劑的比例為1000: (I~80): (1000~5000);研磨的工藝條件為:研磨介質(zhì)可以采用直徑小于0.8mm的球形陶瓷研磨珠、氧化鋯球、球形金屬研磨珠，比如不銹鋼、鈦合金等研磨珠；
[0024]步驟2:將步驟I獲得的漿料在填充了直徑小于0.8mm的球形陶瓷研磨珠、研磨腔內(nèi)研磨珠的填充體積比大于35%的研磨設(shè)備中，在研磨腔體內(nèi)物料在40°C~90°C、研磨珠的最低運動速度大于10米/秒的條件下進(jìn)行研磨。
[0025]步驟3:將步驟2獲得的漿料，使用干燥設(shè)備在40°C~320°C干燥條件下進(jìn)行干燥，即可獲得平均粒徑分布在50~500納米的表面經(jīng)過改性的氫氧化鎂粉體。干燥設(shè)備可以是噴霧干燥設(shè)備、閃蒸干燥設(shè)備、氣流干燥設(shè)備、微末干燥設(shè)備中的一種或兩種。
[0026]實施例1
[0027]根據(jù)上述方法，取325目市售氫氧化鎂粉體10千克，與800克30%濃度的用乙醇稀釋的3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺、20千克去離子水混合、攪拌成漿料。并將該漿料反復(fù)流過填充了 4.5公斤0 0.8mm氧化鋁球的3L腔體容量的臥式砂磨機按2000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進(jìn)行研磨，研磨時物料溫度控制在40°C~45°C范圍內(nèi)。研磨5個小時后，取漿料在80V的烘箱中干燥48小時，可獲得超細(xì)化、改性的氫氧化鎂，其平均粒徑為421納米。
[0028]實施例2
[0029]根據(jù)上述方法，取800目市售氫氧化鎂粉體5千克，與200克50%濃度的用乙醇按稀釋的3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺、7千克去離子水混合、攪拌成漿料。并將該漿料反復(fù)流過填充了 5公斤01 0.4mm氧化錯球的3L腔體容量的臥式砂磨機按3000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進(jìn)行研磨，研磨時物料溫度控制在60~65°C。研磨3個小時后，取漿料在110°C的烘箱中干燥36小時，可獲得超細(xì)化、改性的氫氧化鎂，其平均粒徑為260納米。
[0030]實施例3
[0031]根據(jù)上述方法，取2500目市售氫氧化鎂粉體500克，與17.5克硬脂酸、1200克乙醇混合、攪拌成衆(zhòng)料。并將該衆(zhòng)料反復(fù)流過填充了 1.2公斤01 0.2mm氧化錯研磨球的0.6L腔體容量的試驗用砂磨機按3600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速進(jìn)行研磨，研磨時物料溫度控制在30°C~350C。研磨10個小時后，取漿料用真空微波干燥機在46°C干燥，可獲得超細(xì)化、改性的氫氧化鎂，其平均粒徑為61納米。
[0032]實施例4
[0033]根據(jù)上述方法，取3000目市售氫氧化鎂粉體10千克，與800克30%濃度的用乙醇按稀釋的Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、20千克去離子水混合、攪拌成漿料。并將該漿料反復(fù)流過填充了 55公斤0 0.6mm氧化鋁球的30L腔體容量的臥式砂磨機按2000轉(zhuǎn)/分鐘進(jìn)行研磨，研磨時物料溫度控制在40°C~45°C，研磨5個小時后。之后在60°C~650C的物料溫度條件下，研磨2個小時后，取漿料在80°C的烘箱中干燥48小時，可獲得超細(xì)化、改性的氫氧化鎂，其平均粒徑為421納米。
[0034]實施例5
[0035]根據(jù)上述方法，取1500目市售氫氧化鎂粉體1000千克，與10千克20%濃度的用乙醇稀釋的N- (β 一氨乙基)-Y-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、2000千克去離子水混合、攪拌成漿料。并將該漿料反復(fù)流過填充了 50公斤00.2mm氧化鋯球的30L腔體容量的臥式砂磨機按2500轉(zhuǎn)/分鐘進(jìn)行研磨，研磨時物料溫度控制在80°C~85°C。研磨18個小時后，取漿料用噴霧干 燥設(shè)備干燥，可獲得超細(xì)化、改性的氫氧化鎂，其平均粒徑為73納米。
【權(quán)利要求】
1.一種納米級改性氫氧化鎂的制備方法，其特征在于包括如下步驟: 將325~8000目粒徑的氫氧化鎂粉體、表面改性劑和溶劑按比例為1000: I~80: 1000~5000 (重量份)混合、攪拌打漿，然后，將上述漿料通過研磨設(shè)備，用直徑(0.8mm的球形介質(zhì)研磨珠，填充于研磨腔體內(nèi)，在填充體積比大于35%，研磨珠的最低運動速度大于10米/秒的環(huán)境下進(jìn)行研磨，再將上述研磨獲得的漿料，通過干燥設(shè)備，獲得平均粒徑分布在50~500納米的表面經(jīng)過改性的超細(xì)化氫氧化鎂粉體； 其中，所述的表面改性劑是硅烷偶聯(lián)劑的醇稀釋液、長鏈有機酸中的一種； 其中，所述的溶劑為去離子水、Cl~C4的醇中的一種或幾種。
2.如權(quán)利要求1所述的納米級改性氫氧化鎂的制備方法，其特征在于，所述的研磨介質(zhì)是球形陶瓷研磨珠中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的納米級改性氫氧化鎂的制備方法，其特征在于，研磨時氫氧化鎂物料溫度控制在40°C~90°C范圍內(nèi)。
【文檔編號】C09C3/12GK104031415SQ201410161285
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月23日
【發(fā)明者】瞿海鋒 申請人:深圳寶順美科技有限公司, 李雄, 瞿海鋒