專利名稱：一種高分散性薄片狀納米氫氧化鎂阻燃劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及高分散性薄片狀納米氫氧化鎂阻燃劑的制備方法技術(shù)領(lǐng)域。
氫氧化鎂由于具有阻燃、抑煙、環(huán)保及熱分解溫度高等優(yōu)點，是具有巨大市場潛力的聚合物阻燃劑之一。由于氫氧化鎂是一種極性很強的無機化合物，其晶體在(101)方向有微觀內(nèi)應(yīng)力，晶體表面具有親水性，在常溫條件下采用傳統(tǒng)工藝合成的氫氧化鎂為納米晶體，表面極性較強，易于團聚形成粒徑為10～100微米的二次例子，具有很大的表面積，在合成材料中的分散性和相容性很差，嚴重破壞聚合物材料的加工性能和力學(xué)性能，因而無法直接用于聚合物材料的阻燃。作為阻燃劑的氫氧化鎂要求具有低比表面積和低微觀內(nèi)應(yīng)力。
經(jīng)過文獻調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)目前氫氧化鎂阻燃劑的制備工藝為首先在低溫或室溫下使鎂鹽和堿溶液發(fā)生沉淀反應(yīng)，然后在高溫(100～250℃)下進行4～20小時的水熱處理而制得。該法制備的氫氧化鎂阻燃劑比表面積小，在聚合物材料中具有較好的分散性能。但由于其在高溫下水熱處理的時間較長，生產(chǎn)效率較低，成本較高。
為了提高氫氧化鎂晶體的生產(chǎn)效率，本發(fā)明提出一種高分散性薄片狀納米級氫氧化鎂阻燃劑的制備新工藝。
這種高分散性薄片狀納米級氫氧化鎂晶體的制備方法，特征在于將堿溶液與含鎂離子的水溶液在高溫下直接快速混合，發(fā)生沉淀反應(yīng)，[對于氨水的堿溶液體系，混合成淀反應(yīng)溫度控制在80-250℃(溫度在80～160℃范圍內(nèi)更經(jīng)濟)；對于氫氧化鈉或氫氧化鉀的堿溶液體系，混合成淀反應(yīng)溫度控制在110-300℃進行(溫度在160～220℃范圍內(nèi)更經(jīng)濟)]，然后在110-300℃范圍內(nèi)保溫0-5個小時(保溫溫度在160～220℃范圍、保溫時間在0～2小時范圍內(nèi)更經(jīng)濟)；之后抽濾，洗滌，干燥得白色粉體產(chǎn)品。
所述含鎂離子的水溶液包括氯化鎂、硝酸鎂或硫酸鎂的水溶液，其物質(zhì)的量濃度為0.5-2mol/l；所述堿溶液可采用物質(zhì)的量濃度為的0.5-2mol/l氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液或氨水或氨氣。
所述鎂離子溶液或堿溶液中可添加少量氫氧化鎂晶種，這樣制備的氫氧化鎂晶體顆粒尺寸更大，結(jié)晶更完整。
本工藝方法制備的氫氧化鎂，其特征為薄片狀六方形晶體顆粒，顆粒尺寸在300～1000納米，厚度為50～100納米；晶體顆粒比表面積小，分散性好，不容易團聚，與聚合物材料的相容性較好，對合成材料的加工流變性能、力學(xué)性能等影響較小，可用作為低煙、無鹵無毒阻燃聚合物的添加劑。
本工藝方法制備的氫氧化鎂，其晶體顆粒尺寸和結(jié)晶的完整程度隨保溫時間和保溫溫度的增加而提高，因而其極性隨之降低，其在聚合物基體中的相容性隨之增加。
本發(fā)明的制備方法與現(xiàn)有傳統(tǒng)的氫氧化鎂阻燃劑的制備方法相比，由于采用了高溫沉淀反應(yīng)法，可直接沉淀出具有晶體尺寸較大的、結(jié)晶較完整的氫氧化鎂晶體顆粒，之后只需較短時間的高溫水熱處理即可得到綜合性能優(yōu)良的氫氧化鎂晶體顆粒，因而大大縮短了反應(yīng)時間，且所得的產(chǎn)品易于過濾，故大大提高了其生產(chǎn)效率，降低了氫氧化鎂阻燃劑的生產(chǎn)成本。
以下是
具體實施例方式實施例1將81.2g六水合氯化鎂溶于250ml蒸餾水中，將32g氫氧化鈉溶于60ml蒸餾水中并裝入預(yù)先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之后與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續(xù)升溫至180℃恒溫、攪拌60分鐘之后快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次后(過濾性能較好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘干得到白色粉體產(chǎn)品。在掃描電子顯微鏡(SEM)下直接觀察粒徑和形貌，并拍照片(見附

圖1)，結(jié)果顯示該產(chǎn)品為薄片六方形晶體，厚度為70～80納米，粒徑在300～1000納米，其中以800納米左右的粒徑為主。用XSS-300型轉(zhuǎn)矩流變儀進行測定，結(jié)果表明，含量50％的未經(jīng)表面處理的該產(chǎn)品填充的EVA混合物的熔體流變性能較好，平衡轉(zhuǎn)矩為21N·m。力學(xué)性能檢測顯示，該混合物的拉伸強度達到14.4MPa，斷裂伸長率為180％。
(附圖1是本實施例中得到的氫氧化鎂產(chǎn)品放大1萬倍和3萬倍的電鏡照片。)實施例2將81.2g六水合氯化鎂溶于250ml蒸餾水中，將32g氫氧化鈉溶于60ml蒸餾水中并裝入預(yù)先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之后與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續(xù)升溫至180℃恒溫、攪拌3小時之后快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次后(過濾性能很好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘干得到白色粉體產(chǎn)品。在SEM下直接觀察粒徑和形貌，并拍照片(見附圖2)，結(jié)果顯示該產(chǎn)品與實例1相近，但產(chǎn)品晶體結(jié)晶更完整。用XSS-300型轉(zhuǎn)矩流變儀進行測定，結(jié)果表明，含量50％的未經(jīng)表面處理的該產(chǎn)品填充的EVA混合物的熔體流變性能較好，平衡轉(zhuǎn)矩為16N·m。力學(xué)性能檢測顯示，該混合物的拉伸強度為11.0MPa，斷裂伸長率達到430％。
(附圖2是本實施例中得到的氫氧化鎂產(chǎn)品放大1萬倍和3萬倍的電鏡照片。)實施例3將81.2g六水合氯化鎂溶于250ml蒸餾水中，將32g氫氧化鈉溶于60ml蒸餾水中并裝入預(yù)先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之后與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續(xù)升溫至180℃恒溫、攪拌5小時之后快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次后(過濾性能很好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘干得到白色粉體產(chǎn)品。在SEM下直接觀察粒徑和形貌，并拍照片(見附圖3)，結(jié)果顯示該產(chǎn)品與實例1和實例2相近，但產(chǎn)品晶體結(jié)晶更完整。
(附圖3是本實施例中得到的氫氧化鎂產(chǎn)品放大1萬倍和3萬倍的電鏡照片。)實施例4將81.2g六水合氯化鎂溶于130ml蒸餾水中，將121ml濃度為25％的氨水與少量納米氫氧化鎂晶種一同裝入預(yù)先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之后與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續(xù)升溫至180℃恒溫、攪拌10分鐘之后快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次后(過濾性能好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘干得到白色粉體產(chǎn)品。在SEM下直接觀察粒徑和形貌，并拍照片(見附圖4)，結(jié)果顯示該產(chǎn)品為薄片六方形晶體，厚度為50～60納米，粒徑在300～1000納米，其中以600納米左右的粒徑為主。用XSS-300型轉(zhuǎn)矩流變儀進行測定，結(jié)果表明，含量50％的未經(jīng)表面處理的該產(chǎn)品填充的EVA混合物的熔體流變性能較好，平衡轉(zhuǎn)矩為18.5N·m。力學(xué)性能檢測顯示，該混合物的拉伸強度為10.5MPa，斷裂伸長率為280％。
(附圖4是本實施例中得到的氫氧化鎂產(chǎn)品放大1萬倍和3萬倍的電鏡照片。)實施例5將81.2g六水合氯化鎂溶于130ml蒸餾水中，將121ml濃度為25％的氨水與少量納米氫氧化鎂晶種一同裝入預(yù)先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之后與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續(xù)升溫至180℃恒溫、攪拌1小時之后快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次后(過濾性能好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘干得到白色粉體產(chǎn)品。用XSS-300型轉(zhuǎn)矩流變儀進行測定，結(jié)果表明，含量50％的未經(jīng)表面處理的該產(chǎn)品填充的EVA混合物的熔體流變性能較好，平衡轉(zhuǎn)矩為17N·m。力學(xué)性能檢測顯示，未經(jīng)表面處理的該產(chǎn)品填充的EVA混合物具有較好的力學(xué)性能，拉伸強度10.9MPa，斷裂伸長率470％。
實施例6將81.2g六水合氯化鎂溶于130ml蒸餾水中，將121ml濃度為25％的氨水與少量納米氫氧化鎂晶種一同裝入預(yù)先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之后與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續(xù)升溫至180℃恒溫、攪拌3小時之后快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次后(過濾性能好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘干得到白色粉體產(chǎn)品。在SEM下直接觀察粒徑和形貌，并拍照片(見附圖5)，結(jié)果顯示該產(chǎn)品與實例4相近，但產(chǎn)品晶體粒徑更大一些，結(jié)晶更完整。
(附圖5是本實施例中得到的氫氧化鎂產(chǎn)品放大1萬倍和3萬倍的電鏡照片。)
權(quán)利要求
本發(fā)明提出一種高分散性薄片狀納米級氫氧化鎂阻燃劑的制備新工藝。這種高分散性薄片狀納米級氫氧化鎂晶體的制備方法，特征在于將堿溶液與含鎂離子的水溶液在高溫下直接快速混合，發(fā)生沉淀反應(yīng)，[對于氨水的堿溶液體系，混合成淀反應(yīng)溫度控制在80-250℃(溫度在80～160℃范圍內(nèi)更經(jīng)濟)；對于氫氧化鈉或氫氧化鉀的堿溶液體系，混合成淀反應(yīng)溫度控制在110-300℃進行(溫度在160～220℃范圍內(nèi)更經(jīng)濟)]，然后在110-300℃范圍內(nèi)保溫0-5個小時(保溫溫度在160～220℃范圍、保溫時間在0～2小時范圍內(nèi)更經(jīng)濟)；之后抽濾，洗滌，干燥得白色粉體產(chǎn)品。所述含鎂離子的水溶液包括氯化鎂、硝酸鎂或硫酸鎂的水溶液，其物質(zhì)的量濃度為0.5-2mol/l；所述堿溶液可采用物質(zhì)的量濃度為的0.5-2mol/l氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液或氨水或氨氣。所述鎂離子溶液或堿溶液中可添加少量氫氧化鎂晶種，這樣制備的氫氧化鎂晶體顆粒尺寸更大，結(jié)晶更完整。
全文摘要
目前沉淀法制備高分散性氫氧化鎂阻燃劑的工藝通常分兩階段常溫(一般低于90℃)沉淀合成和高溫(一般高于120℃)水熱改性。存在高溫下水熱處理的時間較長，生產(chǎn)效率較低等缺點。這種高分散薄片狀納米氫氧化鎂晶體的制備工藝，是將成淀合成和水熱處理兩階段合在一起進行。首先將堿溶液與含鎂離子的水溶液在高溫下(一般高于100℃)直接快速混合沉淀，然后緊接著進行水熱處理。本工藝方法生產(chǎn)效率高，所制備的氫氧化鎂晶粒為六方薄片狀，尺寸在300～1000納米，厚度為50～100納米；該產(chǎn)品顆粒分散性好，不易團聚，與聚合物材料的相容性較好，對合成材料的加工流變、力學(xué)性能影響較小，是作為低煙無鹵阻燃聚合物的理想添加劑之一。
文檔編號C09K21/02GK1982410SQ20051013095
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者李振中, 王喜剛, 楊緒偉, 田子華, 吳剛, 何偉, 武海云, 肖鳳艷 申請人:中北大學(xué)分校