專利名稱：一種高分散性氫氧化鎂粉體及其在油相中的制備方法
技術領域：
本發明涉及氫氧化鎂及其制備方法，更具體地說，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：
隨著高分子材料工業的發展，塑料、橡膠等高分子復合材料越來越廣泛應用于建筑、家電、化工、交通等諸多領域，然而，隨著近些年重大火災次數的增多，高分子材料阻燃性能也逐漸受到全世界的關注。通過在高分子復合材料中添加阻燃劑，從而提高其阻燃性能已經逐漸被人們所接受，隨著人們環境保護意識到提高，對阻燃劑的要求也不斷增高。傳統有機溴系阻燃劑在阻燃過程中會釋放出有毒有害氣體，并且發煙量較大，容易對環境造 成破壞，同時溴系阻燃劑中的溴化物會滲入人體，從而在人體中累積，對人體的健康造成傷 害。 無機阻燃劑品種也很多，市場常用的真正可以獨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間，提高生產效率。同時，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機阻燃劑。氫氧化鎂作為一種無機阻燃劑，具有不易揮發、不易析出、熱穩定性能優異、抑煙效果顯著、不產生有毒有害氣體等優點，在生產、實驗和廢棄過程中均不含有害物質，并且還能中和燃燒過程中產生的酸性和腐蝕性氣體，是一種環保型“綠色”阻燃劑。但是，目前氫氧化鎂作為無機阻燃劑的主要缺點是阻燃效率低，為使得材料達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聚，難以得到有效的分散，從而影響材料的機械性能。目前，為了制取具有良好分散性的氫氧化鎂很多人都進行了積極的嘗試，如中國專利CN101343423B通過以水和有機小分子混合物為分散介質，添加無機和有機復配分散齊U，在較高溫度下反應幾個小時，得到高分散的粒度(D50)為O. 8-1. 3μπι的氫氧化鎂顆粒。該方法實施起來較為復雜，且反應時間較長。中國專利申請CN1401574A采用沉淀合成以及后續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，反應和水熱處理溫度分別高達90°C和250°C，且反應步驟較多，生產周期較長。中國專利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，但是該方法對原料濃度有要求，反應只能在較低的原料濃度條件下進行，原料濃度的變化對產品的分散性影響較大。
發明內容
本發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，顆粒整體呈類球形，粒徑為I μ m-5 μ m,類球狀顆粒表面由厚度為10nm-50nm片狀結構穿插形成結構緊密且遍布整個顆粒表面的花瓣形貌。本發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滴加到油相體系中，于15 60V反應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，即得產物，其中攪拌速度為50 lOOOrpm，超聲功率為50 500W。優選地，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、環己烷、正辛烷、石油醚、甲苯和二甲苯組成的油相物質組中的至少一種油相物質。優選地，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。 本發明制備方法在溫和條件下(包括室溫)即可進行，操作簡單，反應時間短，整個反應在以油相體系為介質的條件下進行，有助于快速得到形貌規整的、分散性優異的超細氫氧化鎂粉體。同時該方法對原料濃度無特別限制，在較大的濃度范圍內，均可得到性能優異的產物。此外，與傳統方法相比，本發明制備方法在油相反應環境中，利用超聲波空化作用瞬間所產生的高壓(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規律(促進非極性面的生長，抑制極性面的生長)，亦可有效地使得產物表面附著適量的有機相，可以大大降低超細氫氧化鎂表面極性，進而減少團聚，改善了產品(所制得超細氫氧化鎂粉體)的分散性，增強了產品在高分子基體中的相容性，降低了產品對基體的機械性能影響，有助于擴展產品的應用范圍。
圖I為實施例I所制的球形氫氧化鎂的電鏡照片；
圖2為實施例I所制的球形氫氧化鎂和市售氫氧化鎂在有機體系(石蠟)中的沉降曲線。
具體實施例方式本發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加入油相體系中進行反應，在反應過程中同時施加機械攪拌和超聲，利用超聲波的空化效應降低晶粒尺寸，促進非極性面的生長，提高所制氫氧化鎂粉體的有機相容性和分散性，然后繼續超聲陳化，最后洗滌、烘干、研磨后得到最終產品。與傳統方法的水相反應環境相比，本發明方法采用油相反應環境，可以通過調整油相體系的組成和比例控制反應進程，降低團聚，控制產物的形貌和尺寸，從而制備具有特殊形貌且分散性良好的超細氫氧化鎂顆粒。下述實施例中，鎂源水溶液和堿源水溶液的份數為體積份數，單位為ml，油相體系的份數為質量份數，單位為克。
實施例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，同時滴加到75份由石蠟和煤油(質量比為2:1)組成的油相體系中，同時施加攪拌和超聲，反應5分鐘，反應溫度為15°C，超聲功率為400W，攪拌速度為400rpm。反應結束后，陳化20分鐘，陳化條件為施加400W超聲，并以400rpm的速度攪拌。陳化結束后，將母液離心得到產物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產品高分散性氫氧化鎂粉體。由圖I可見，制得的氫氧化鎂粉體由微米級類球形顆粒組成，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片狀結構穿插形成結構緊密且遍布整個顆粒表面的花瓣形貌。產品表面的花瓣狀結構有助于比表面積的提高，進而提高其阻燃效率，從而減少添加量，降低其作為阻燃劑使用時對基體機械性能的影響。經沉降實驗，結果如圖2所示，可以看出，與市售氫氧化鎂相比，本發明制備方法 制得的氫氧化鎂粉體分散性能優異，與高分子基體相容性更好，不易團聚。實施例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份所述堿溶液同時滴加到25份由環己烷和硅油(質量比為I :1)組成的油相體系中，同時施加攪拌和超聲，反應30分鐘，反應溫度為25°C，超聲功率為50W，攪拌速度為600rpm。反應結束后，陳化50分鐘，陳化條件為施加200W超聲，并以IOOrpm的速度攪拌。陳化結束后，將母液離心得到產物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產品高分散性氫氧化鎂粉體。實施例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份所述堿溶液同時滴加到35份由汽油和正辛烷(質量比為I :3)組成的油相體系中，同時施加攪拌和超聲，反應25分鐘，反應溫度為20°C，超聲功率為500W，攪拌速度為300rpm。反應結束后，陳化20分鐘，陳化條件為施加300W超聲，并以400rpm的速度攪拌。陳化結束后，將母液離心得到產物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產品高分散性氫氧化鎂粉體。實施例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份所述堿溶液同時滴加到45份由甲苯和正辛烷(質量比為3:1)組成的油相體系中，同時施加攪拌和超聲，反應40分鐘，反應溫度為15°C，超聲功率為300W，攪拌速度為50rpm。反應結束后，陳化45分鐘，陳化條件為施加100W超聲，并以600rpm的速度攪拌。陳化結束后，將母液離心得到產物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產品高分散性氫氧化鎂粉體。實施例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份所述堿溶液同時滴加到55份由二甲苯和石油醚(質量比為I :2)組成的油相體系中，同時施加攪拌和超聲，反應15分鐘，反應溫度為35°C，超聲功率為100W，攪拌速度為300rpm。反應結束后，陳化15分鐘，陳化條件為施加50W超聲，并以800rpm的速度攪拌。陳化結束后，將母液離心得到產物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產品高分散性氫氧化鎂粉體。實施例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份所述堿溶液同時滴加到65份由環己烷和正辛烷(質量比為2 1)組成的油相體系中，同時施加攪拌和超聲，反應45分鐘，反應溫度為55°C，超聲功率為200W，攪拌速度為200rpm。反應結束后，陳化60分鐘，陳化條件為施加150W超聲，并以50rpm的速度攪拌。陳化結束后，將母液離心得到產物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產品高分散性氫氧化鎂粉體。實施例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份所述堿溶液同時滴加到75份由汽油和石蠟(質量比為I :2. 5)組成的油相體系中，同時施加攪拌 和超聲，反應60分鐘，反應溫度為60°C，超聲功率為300W，攪拌速度為500rpm。反應結束后，陳化5分鐘，陳化條件為施加250W超聲，并以IOOOrpm的速度攪拌。陳化結束后，將母液離心得到產物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產品高分散性氫氧化鎂粉體。實施例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份所述堿溶液同時滴加到75份由硅油和汽油(質量比為2.5 :1)組成的油相體系中，同時施加攪拌和超聲，反應35分鐘，反應溫度為30°C，超聲功率為100W，攪拌速度為lOOOrpm。反應結束后，陳化30分鐘，陳化條件為施加500W超聲，并以200rpm的速度攪拌。陳化結束后，將母液離心得到產物，并用去離子水清洗多次，將清洗、離心后得到的產物置入烘箱干燥，然后研磨，得到最終產品高分散性氫氧化鎂粉體。
權利要求
1.ー種高分散性氫氧化鎂粉體，其特征在干，構成所述粉體的顆粒分布均勻，顆粒整體呈類球形，粒徑為I μ m-5 μ m,類球狀顆粒表面由厚度為10nm-50nm片狀結構穿插形成結構緊密且遍布整個顆粒表面的花瓣形貌。
2.權利要求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滴加到油相體系中，于15 60°C反應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，即得產物，其中攪拌速度為50 lOOOrpm，超聲功率為50 500W。
3.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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、環己烷、正辛烷、石油醚、甲苯和ニ甲苯組成的油相物質組中的至少ー種油相物質。
6.根據權利要求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，顆粒整體呈類球形，粒徑為1μm-5μm，類球狀顆粒表面由厚度為10nm-50nm片狀結構穿插形成結構緊密且遍布整個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滴加到油相體系中，于15～60℃反應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。該制備方法操作簡單，反應時間短，能夠在室溫下快速制備出分散性良好，尺寸均勻的超細氫氧化鎂粉體。
文檔編號C01F5/20GK102815729SQ20121034480
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月18日 優先權日2012年9月18日
發明者宋國林, 錢鵬, 唐國翌 申請人:清華大學深圳研究生院