本發(fā)明涉及材料化學領域，尤其涉及一種六角片狀氫氧化鎂阻燃劑的制備合成方法。

背景技術：

由于近年來合成高分子材料發(fā)展迅速及環(huán)保意識增強，無機阻燃劑的使用量在不斷增加。氫氧化鎂是一種高效的無機阻燃劑，它具有分解溫度較高、熱穩(wěn)定性較高、無毒、無煙等特點，是一種綠色環(huán)保型的阻燃劑，這符合當代對阻燃劑無鹵化、低毒化、抑煙化的需求，同時其可以與硼酸鋅、氫氧化鋁、聚磷酸銨等阻燃劑協同使用，可以降低其添加量，使添加阻燃劑后的聚合物材料本身機械性能得以改善；而且相對來說，我國具有豐富的鎂鹽資源，這為氫氧化鎂阻燃劑的廣泛應用提供了基礎。

氫氧化鎂阻燃劑的優(yōu)良性能來源于其晶體所具有的形貌、尺寸和分散度決定的物理化學性質。片狀結構的氫氧化鎂晶體由于特殊的結構、機械性能和分散度，在熱塑性高分子和纖維材料中兼具有填充和鹵阻燃的功能，且能夠提高高分子材料的燃燒起始溫度，增加熱穩(wěn)定性。因此，片狀形貌的氫氧化鎂將成為氫氧化鎂阻燃材料的主題，制備片狀氫氧化鎂的目前制備高品質阻燃劑中最具有前途的方向之一。

專利(專利號201110091664.X，專利名稱：單分散片狀氫氧化鎂阻燃劑的制備方法)公開了一種單分散片狀氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其采用的制備方法為：

(1)將可溶性鎂鹽配制成溶液，鎂離子濃度在4mol/l～0.5mol/l之間；

(2)配制堿溶液，氫氧根離子濃度在8mol/l～0.5mol/l之間；

(3)在常壓、反應溫度25～60℃、攪拌速率為1500～4000rpm條件下，將摩爾數2倍于鎂離子的氫氧根離子的溶液緩慢勻速加入到鎂鹽溶液中；

(4)將料漿轉移至高壓反應釜內進行水熱反應，水溫度為100～200℃，反應時間1～6h，攪拌速率為300～700rpm；

(5)過濾、洗滌，把洗滌后的產品在100～160℃干燥4～6h即得到形貌為六角片狀或圓片狀，粒徑在200～500nm的氫氧化鎂阻燃劑。

該制備方法雖然能獲得片狀氫氧化鎂阻燃劑，但是片狀氫氧化鎂的粒度不可控、分散性不理想，生產出來的片狀氫氧化鎂為不規(guī)則片狀或圓片狀，氫氧化鎂的片狀狀態(tài)不可控，形貌穩(wěn)定性不好；相對于圓片狀，六角片狀的氫氧化鎂結晶狀態(tài)更好，具有較低的表面極性和表面能，使氫氧化鎂的表面能更加趨近于聚合物的表面能，因此六角片狀的氫氧化鎂與塑料及樹脂等高分子材料的相容性、分散性更好，因而相比于形貌不規(guī)則的片狀，六角片狀氫氧化鎂在提高高分子材料阻燃性能的同時提高材料的繞曲能力及延展性，從而提高高分子材料的力學性能。本發(fā)明制備出的氫氧化鎂為形貌可控的六角片狀，粒度在2～3um，且粒度分布均勻且可控，符合市場的要求。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種六角片狀氫氧化鎂阻燃劑的制備合成方法，以解決上述技術問題。

本發(fā)明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

一種六角片狀氫氧化鎂阻燃劑的制備合成方法，其特征在于，步驟為：

向反應容器內加入鎂鹽溶液、結晶導向劑，鎂離子濃度范圍為0.05-6mol/L，結晶導向劑的濃度范圍是7.2×10^-4-7.2×10^-2g/L，在30-50℃條件下攪拌均勻，于該溫度條件下將無機堿溶液以恒定的速率滴加至反應容器內，無機堿溶液濃度范圍為2.0-8.0mol/L；待反應完全后，將反應漿料進行20-30min的超聲振蕩，然后轉移至高壓反應釜內，加入質量分數為80％-95％的乙醇，加入量占總體積的5％-20％，進行水熱反應，水熱反應溫度為150-220℃，反應時間為12-72h；最后經過壓濾、水洗、醇洗、烘干制得氫氧化鎂產品。

所述無機堿溶液滴加至反應容器內的恒定速率為1-50L/min。

所述鎂鹽溶液至少包括氯化鎂、硝酸鎂或硫酸鎂的水溶液。

所述結晶導向劑為有機堿、晶種或表面活性劑中的至少一種。

所述有機堿選自三乙胺、三乙烯二胺、吡啶、四甲基乙二胺、尿素、叔丁醇鉀、叔丁醇鈉、正丁基鋰、N-甲基嗎啉、DBU、DBN、DMAP、TMG、KHMDS、NaHMDS、LDA中的一種。

所述晶種選自Mg(OH)₂、Al(OH)₃、Al₂O₃、TiO₂、SnO₂、SnO、ZnO、Ca(OH)₂、CaSO₄、CaCO₃、Ba(OH)₂、BaSO₄、BaCO₃、ZrO₂、V₂O₅、Cr₂O₃、Fe₂O₃、Cu(OH)₂、SiO₂、Na₂SiO₃、Na₂Al₂O₄、Na₂Si₂AlO₆中的一種。

所述的表面活性劑為非離子型表面活性劑，包括APEO、PEG-200、PEG-300、PEG-400、PEG-600、PEG-800、PEG-1000、PEG-1500、PEG-2000、PEG-3000、PEG-4000、PEG-6000、PEG-8000中的一種或幾種。

所述的無機堿溶液至少包括氫氧化鈉、氫氧化鉀或氨水的水溶液。

六角片狀氫氧化鎂阻燃劑的制備合成方法中選用一種或幾種結晶導向劑的目的在于控制氫氧化鎂的形貌。首先，Mg²⁺和OH^-相互作用生成Mg(OH)₄^2-團簇。然后在水熱條件下形成微小的Mg(OH)₂構晶粒子。每個單元的非離子型的表面活性劑連接著親水官能團，Mg²⁺和OH^-在庫侖力的作用下會在晶種的表面形成Mg(OH)₂構晶粒子。隨著水熱反應時間的延長，微小的Mg(OH)₂構晶粒子會合并生長形成較大的晶體，在結晶學中可以通過計算的方法來預測晶體的穩(wěn)定形貌，根據周期鍵理論分析及公式計算可以得到氫氧化鎂最穩(wěn)定的晶體結構為六角片狀。另外，在構晶粒子生長形成六角片狀的過程中，加入的表面活性劑作為穩(wěn)定劑和結構導向劑，將結晶過程穩(wěn)定的控制。與此同時與表面活性劑接觸的Mg(OH)₂構晶粒子具有較高的表面自由能，其為粒子結晶提供強大的驅動力，在外界高溫高壓的條件下，構晶粒子最終會形成結構穩(wěn)定、大小可控的六角片狀結構。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明所制備的氫氧化鎂阻燃材料因加入結晶導向劑而呈現六角片狀、單分散的狀態(tài)，形貌穩(wěn)定性好。

(2)本發(fā)明所制備的氫氧化鎂阻燃材料因加入結晶導向劑的種類及每種成分的配比不同可以改變其粒度大小。

(3)本發(fā)明所制備的六角片狀的氫氧化鎂與塑料及樹脂等高分子材料的相容性、分散性更好，因而相比于形貌不規(guī)則的片狀，六角片狀氫氧化鎂在提高高分子材料阻燃性能的同時提高材料的繞曲能力及延展性，從而提高高分子材料的力學性能。

(3)本發(fā)明所提供的方法與現有的技術而言，其技術相對而言較為簡單，對設備要求不高，適合工業(yè)化生產。

附圖說明

圖1為本發(fā)明添加結晶導向劑A1和B1所制備氫氧化鎂阻燃材料的SEM形貌圖；

圖2為本發(fā)明添加結晶導向劑A2和B2所制備氫氧化鎂阻燃材料的SEM形貌圖；

圖3為本發(fā)明未添加結晶導向劑所制備氫氧化鎂阻燃材料的SEM形貌圖；

圖4為本發(fā)明添加結晶導向劑所制備氫氧化鎂阻燃材料的DTG-TG圖；

圖5為本發(fā)明添加結晶導向劑所制備氫氧化鎂阻燃材料的XRD圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明實現的技術手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本發(fā)明，但下述實施例僅僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非全部?；趯嵤┓绞街械膶嵤├?，本領域技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得其它實施例，都屬于本發(fā)明的保護范圍。

下面結合附圖描述本發(fā)明的具體實施例。

實施例1

向反應容器內加入鎂鹽溶液(濃度范圍為1mol/L)、結晶導向劑A1和B1(濃度范為7.2×10-3g/L)，在35℃條件下攪拌均勻，于該溫度條件下將無機堿溶液(濃度范圍為4mol/L)以恒定的速率(速率范圍為15L/min)滴加至反應容器內，待反應完全后將反應漿料進行20min的超聲振蕩后轉移至體積為1m3高壓反應釜內，加入無水乙醇(質量分數80％-95％的乙醇，加入量占總體積的6％)，進行水熱反應溫度為180℃，反應時間為40h，最后經過壓濾、水洗、醇洗、烘干制得氫氧化鎂產品，產品的SEM、DTG-TG及XRD的測試結果如附圖1、附圖4和附圖5所示。

實施例2

向反應容器內加入鎂鹽溶液(濃度范圍為3mol/L)、結晶導向劑A2和B2(濃度范為3.5×10-2g/L)，在46℃條件下攪拌均勻，于該溫度條件下將無機堿溶液(濃度范圍為5.5mol/L)以恒定的速率(速率范圍為25L/min)滴加至反應容器內，待反應完全后將反應漿料進行26min的超聲振蕩后轉移至體積為1m3高壓反應釜內，加入無水乙醇(質量分數80％-95％的乙醇，加入量占總體積的11％)，進行水熱反應溫度為200℃，反應時間為48h，最后經過壓濾、水洗、醇洗、烘干制得氫氧化鎂產品，產品的SEM測試結果如附圖2所示。

實施例3

向反應容器內加入鎂鹽溶液(濃度范圍為2.6mol/L)，在48℃條件下攪拌均勻，于該溫度條件下將無機堿溶液(濃度范圍為5.8mol/L)以恒定的速率(速率范圍為31L/min)滴加至反應容器內，待反應完全后將反應漿料進行28min的超聲振蕩后轉移至體積為1m3高壓反應釜內，加入無水乙醇(質量分數80％-95％的乙醇，加入量占總體積的17％)，進行水熱反應溫度為190℃，反應時間為38h，最后經過壓濾、水洗、醇洗、烘干制得氫氧化鎂產品，產品的SEM的測試結果如附圖3。

由附圖1可知，本發(fā)明添加結晶導向劑的體系所制的氫氧化鎂阻燃材料為單分散、六角片狀的顆粒，其粒度在2-4um，其中所添加的結晶導向劑分別為A和B中的一種。

由附圖2可知，本發(fā)明添加結晶導向劑的體系所制的氫氧化鎂阻燃材料為單分散、六角片狀的顆粒，其粒度在2-4um，粒度大小分布較為均勻，氫氧化鎂結晶程度較好，其中所添加的結晶導向劑分別為A和B中的一種。

由附圖3可知，本發(fā)明中未添加結晶導向劑的體系所得產品，有一定的團聚現象，產品形貌不規(guī)則，粒度范圍分布較廣。

由附圖4可知，本發(fā)明添加結晶導向劑的體系所制備的氫氧化鎂阻燃材料在320℃以上的時候開始驟然失重，當溫度為410℃時，幾乎不再失重，總失重達30％。該樣品的開始分解溫度較常見的阻燃劑高，說明該氫氧化鎂的熱穩(wěn)定性較好。

由附圖5可知，本發(fā)明添加結晶導向劑的體系所制備的氫氧化鎂阻燃材料的X-射線衍射花樣，圖譜中所有的衍射峰位置與JCPDS 84-2164的氫氧化鎂一致，沒有檢測到其他不純的雜質。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來限制本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。