一種高分散性薄片狀納米氫氧化鎂阻燃劑的製備方法

2023-06-30 19:39:21

專利名稱：一種高分散性薄片狀納米氫氧化鎂阻燃劑的製備方法
技術領域：
本發明主要涉及高分散性薄片狀納米氫氧化鎂阻燃劑的製備方法技術領域。
氫氧化鎂由於具有阻燃、抑煙、環保及熱分解溫度高等優點，是具有巨大市場潛力的聚合物阻燃劑之一。由於氫氧化鎂是一種極性很強的無機化合物，其晶體在(101)方向有微觀內應力，晶體表面具有親水性，在常溫條件下採用傳統工藝合成的氫氧化鎂為納米晶體，表面極性較強，易於團聚形成粒徑為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性能，因而無法直接用於聚合物材料的阻燃。作為阻燃劑的氫氧化鎂要求具有低比表面積和低微觀內應力。
經過文獻調研，我們發現目前氫氧化鎂阻燃劑的製備工藝為首先在低溫或室溫下使鎂鹽和鹼溶液發生沉澱反應，然後在高溫(100～250℃)下進行4～20小時的水熱處理而製得。該法製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。但由於其在高溫下水熱處理的時間較長，生產效率較低，成本較高。
為了提高氫氧化鎂晶體的生產效率，本發明提出一種高分散性薄片狀納米級氫氧化鎂阻燃劑的製備新工藝。
這種高分散性薄片狀納米級氫氧化鎂晶體的製備方法，特徵在於將鹼溶液與含鎂離子的水溶液在高溫下直接快速混合，發生沉澱反應，[對於氨水的鹼溶液體系，混合成澱反應溫度控制在80-250℃(溫度在80～160℃範圍內更經濟)；對於氫氧化鈉或氫氧化鉀的鹼溶液體系，混合成澱反應溫度控制在110-300℃進行(溫度在160～220℃範圍內更經濟)]，然後在110-300℃範圍內保溫0-5個小時(保溫溫度在160～220℃範圍、保溫時間在0～2小時範圍內更經濟)；之後抽濾，洗滌，乾燥得白色粉體產品。
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，其物質的量濃度為0.5-2mol/l；所述鹼溶液可採用物質的量濃度為的0.5-2mol/l氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液或氨水或氨氣。
所述鎂離子溶液或鹼溶液中可添加少量氫氧化鎂晶種，這樣製備的氫氧化鎂晶體顆粒尺寸更大，結晶更完整。
本工藝方法製備的氫氧化鎂，其特徵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、力學性能等影響較小，可用作為低煙、無滷無毒阻燃聚合物的添加劑。
本工藝方法製備的氫氧化鎂，其晶體顆粒尺寸和結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。
本發明的製備方法與現有傳統的氫氧化鎂阻燃劑的製備方法相比，由於採用了高溫沉澱反應法，可直接沉澱出具有晶體尺寸較大的、結晶較完整的氫氧化鎂晶體顆粒，之後只需較短時間的高溫水熱處理即可得到綜合性能優良的氫氧化鎂晶體顆粒，因而大大縮短了反應時間，且所得的產品易於過濾，故大大提高了其生產效率，降低了氫氧化鎂阻燃劑的生產成本。
以下是
具體實施例方式實施例1將81.2g六水合氯化鎂溶於250ml蒸餾水中，將32g氫氧化鈉溶於60ml蒸餾水中並裝入預先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之後與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續升溫至180℃恆溫、攪拌60分鐘之後快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次後(過濾性能較好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘乾得到白色粉體產品。在掃描電子顯微鏡(SEM)下直接觀察粒徑和形貌，並拍照片(見附

圖1)，結果顯示該產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型轉矩流變儀進行測定，結果表明，含量50％的未經表面處理的該產品填充的EVA混合物的熔體流變性能較好，平衡轉矩為21N·m。力學性能檢測顯示，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六水合氯化鎂溶於250ml蒸餾水中，將32g氫氧化鈉溶於60ml蒸餾水中並裝入預先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之後與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續升溫至180℃恆溫、攪拌3小時之後快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次後(過濾性能很好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘乾得到白色粉體產品。在SEM下直接觀察粒徑和形貌，並拍照片(見附圖2)，結果顯示該產品與實例1相近，但產品晶體結晶更完整。用XSS-300型轉矩流變儀進行測定，結果表明，含量50％的未經表面處理的該產品填充的EVA混合物的熔體流變性能較好，平衡轉矩為16N·m。力學性能檢測顯示，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六水合氯化鎂溶於250ml蒸餾水中，將32g氫氧化鈉溶於60ml蒸餾水中並裝入預先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之後與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續升溫至180℃恆溫、攪拌5小時之後快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次後(過濾性能很好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘乾得到白色粉體產品。在SEM下直接觀察粒徑和形貌，並拍照片(見附圖3)，結果顯示該產品與實例1和實例2相近，但產品晶體結晶更完整。
(附圖3是本實施例中得到的氫氧化鎂產品放大1萬倍和3萬倍的電鏡照片。)實施例4將81.2g六水合氯化鎂溶於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先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之後與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續升溫至180℃恆溫、攪拌10分鐘之後快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次後(過濾性能好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘乾得到白色粉體產品。在SEM下直接觀察粒徑和形貌，並拍照片(見附圖4)，結果顯示該產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型轉矩流變儀進行測定，結果表明，含量50％的未經表面處理的該產品填充的EVA混合物的熔體流變性能較好，平衡轉矩為18.5N·m。力學性能檢測顯示，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六水合氯化鎂溶於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先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之後與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續升溫至180℃恆溫、攪拌1小時之後快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次後(過濾性能好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘乾得到白色粉體產品。用XSS-300型轉矩流變儀進行測定，結果表明，含量50％的未經表面處理的該產品填充的EVA混合物的熔體流變性能較好，平衡轉矩為17N·m。力學性能檢測顯示，未經表面處理的該產品填充的EVA混合物具有較好的力學性能，拉伸強度10.9MPa，斷裂伸長率470％。
實施例6將81.2g六水合氯化鎂溶於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先制好的聚丙烯薄膜袋，熱封好之後與氯化鎂溶液一同放入高壓釜中，升溫至160℃開始攪拌，繼續升溫至180℃恆溫、攪拌3小時之後快速冷卻，用蒸餾水洗滌、抽濾多次後(過濾性能好)，將所得膏狀物在105±5℃下烘乾得到白色粉體產品。在SEM下直接觀察粒徑和形貌，並拍照片(見附圖5)，結果顯示該產品與實例4相近，但產品晶體粒徑更大一些，結晶更完整。
(附圖5是本實施例中得到的氫氧化鎂產品放大1萬倍和3萬倍的電鏡照片。)
權利要求
本發明提出一種高分散性薄片狀納米級氫氧化鎂阻燃劑的製備新工藝。這種高分散性薄片狀納米級氫氧化鎂晶體的製備方法，特徵在於將鹼溶液與含鎂離子的水溶液在高溫下直接快速混合，發生沉澱反應，[對於氨水的鹼溶液體系，混合成澱反應溫度控制在80-250℃(溫度在80～160℃範圍內更經濟)；對於氫氧化鈉或氫氧化鉀的鹼溶液體系，混合成澱反應溫度控制在110-300℃進行(溫度在160～220℃範圍內更經濟)]，然後在110-300℃範圍內保溫0-5個小時(保溫溫度在160～220℃範圍、保溫時間在0～2小時範圍內更經濟)；之後抽濾，洗滌，乾燥得白色粉體產品。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，其物質的量濃度為0.5-2mol/l；所述鹼溶液可採用物質的量濃度為的0.5-2mol/l氫氧化鈉或氫氧化鉀的水溶液或氨水或氨氣。所述鎂離子溶液或鹼溶液中可添加少量氫氧化鎂晶種，這樣製備的氫氧化鎂晶體顆粒尺寸更大，結晶更完整。
全文摘要
目前沉澱法製備高分散性氫氧化鎂阻燃劑的工藝通常分兩階段常溫(一般低於90℃)沉澱合成和高溫(一般高於120℃)水熱改性。存在高溫下水熱處理的時間較長，生產效率較低等缺點。這種高分散薄片狀納米氫氧化鎂晶體的製備工藝，是將成澱合成和水熱處理兩階段合在一起進行。首先將鹼溶液與含鎂離子的水溶液在高溫下(一般高於100℃)直接快速混合沉澱，然後緊接著進行水熱處理。本工藝方法生產效率高，所製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、力學性能影響較小，是作為低煙無滷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 優先權日2005年12月13日
發明者李振中, 王喜剛, 楊緒偉, 田子華, 吳剛, 何偉, 武海雲, 肖鳳豔 申請人:中北大學分校