一種納米碳酸鎂晶體及其製備方法
2023-10-07 13:06:24
專利名稱：一種納米碳酸鎂晶體及其製備方法
一種納米碳酸鎂晶體及其製備方法
技術領域：
本發明屬於無機納米材料技術領域，涉及一種納米碳酸鎂晶體及其製備方法。背景技術：
碳酸鎂(包括鹼式碳酸鎂和無水碳酸鎂)是一種重要的無機化工材料，具有良好 的填充性、分散性和流動性，能提高工程塑料的抗拉強度和耐磨性，是工程塑料製品的優良 填充劑和補強劑。由於鹼式碳酸鎂具有不燃燒、質地輕的特點，將其添加到工程塑料中，可 以顯著提高工程塑料的絕熱，耐高溫以及阻燃性能。由於微米級的碳酸鎂作為填充助劑在添加到其他材料中會出現分散不均勻的現 象，嚴重影響其他材料的特性。納米碳酸鎂相比於微米級或者微米級以上的碳酸鎂具有其他更突出的優點，如良 好的分散性以及與有機材料的相容性，使得其作為添加劑能夠顯著的改善該有機材料的特 性，而且對該有機材料本身的特性又不會構成多大的影響。目前製備碳酸鎂的方法很多，但是大多製備出來的是微米級的碳酸鎂，製備出來 納米級的碳酸鎂較少。主要原因在於，納米級的碳酸鎂較難製備，納米碳酸鎂和許多納米級 的無機鹽和金屬氧化物粉體一樣，由於巨大的表面能，十分容易聚集成團，從而形成微米級 的碳酸鎂。《鹽業與化工》雜質第38卷第1期第21 23頁介紹了以MgCl2· 6H20為原料，採 用均勻沉澱合成納米鹼式碳酸鎂的方法，該方法的具體步驟如下以MgCl2 · 6H20、CO(NH2)2為反應原料，將其配成所需濃度的容易，先將CO(NH2)2加 入四口燒瓶中，加熱至一定溫度，再緩慢加入MgCl2溶液；加熱、攪拌、反應一段時間後，自然 降溫陳化Ih ；減壓過濾，反覆水洗至無氯離子檢出，再用20ml無水乙醇洗滌3次進行溶劑 置換，得到的鹼式碳酸鎂沉澱在乾燥箱中110°C下乾燥2h即得到鹼式碳酸鎂粉體，用電鏡 觀察該鹼式碳酸鎂發現其平均粒徑為40nm。該方法由於CO(NH2)2在加熱過程中水解速度很慢，而且採用自然陳化，所以結晶 時間較長，不利於大規模工業化生產，而且由於結晶出來的納米碳酸鎂晶體的表面能依然 很大，很容易團聚，所以，通過該方法得到的納米碳酸鎂的產率並不高，在產物中還有微米 級的碳酸鎂。
發明內容為了解決上述的技術問題，本發明提出了一種新的納米碳酸鎂晶體的製備方法以 及利用該方法製備的納米碳酸鎂晶體。本發明提出的製備方法製備出納米碳酸鎂晶體速度 快，製備出的納米碳酸鎂晶體純度高。本發明的具體技術方案如下本發明提供一種納米碳酸鎂晶體的製備方法，其特徵在於，該方法包括如下步 驟
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(1)配製濃度為 0. 4mol/l 2. 2mol/l 的 MgCl2 溶液；(2)向每IOOml的MgCl2溶液中滴加0. Olg-Ig的表面活性劑；(3)配製濃度為1. 6mol/l 8. 8mol/l的氨水溶液；(4)向上述氨水溶液中通入一定量的二氧化碳氣體，使NH4+與CO2的摩爾比為 2:1;(5)向每IOOml的氨水二氧化碳溶液體系中加入0. OOlg-O. Ig用作晶核的納米氧 化物，並緩慢攪拌均勻；(6)在5°C 60°C下，向添加有納米氧化物的氨水二氧化碳溶液中緩慢滴加一定 量的添加有表面活性劑的MgCl2溶液，最後維持Mg2+ NH4+ CO2的摩爾比為1 4 2， 滴加完畢後，緩慢攪拌2 5分鐘後靜置20 30分鐘，然後減壓過濾並用無水乙醇反覆洗 滌2 4次，最後在150°C 300°C下乾燥2 3h，得到產物。所述表面活性劑為聚乙二醇200(PEG200)、聚乙二醇400 (PEG400)或烷基酚聚氧 乙烯醚(0P-10)。所述用作晶核的納米氧化物為質量百分比為0.5% -15%的納米TiO2溶膠，所述 納米TiO2溶膠的體積為0. 2ml 120ml。所述用作晶核的納米氧化物物為納米MgO晶粒或納米SiO2粉末。所述用作晶核的納米氧化物的平均粒徑為1 50nm。本發明還提供一種納米碳酸鎂晶體，其特徵在於，該納米碳酸鎂晶體中還包括質 量百分比為0. 10%的納米氧化物晶核。所述納米氧化物晶核為納米MgO、納米SiO2和納米TiO2中的一種。所述納米氧化物晶核的平均粒徑為1 50nm。所述納米碳酸鎂晶體的平均粒徑為50 300nm。所述納米碳酸鎂晶體的熱分解溫度為360 420°C。本發明有益的技術效果在於在製備納米碳酸鎂晶體的過程中加入表面活性劑，降低納米晶體的表面能，能夠 有效的防止納米晶體的團聚，使得值得的納米碳酸鎂晶體粒徑變小。在製備納米碳酸鎂晶體的過程中加入促進晶體生長的晶核，能夠加快納米晶體的 形成，節省了時間，提高了生產效率。納米碳酸鎂晶體的納米氧化物晶核是一種成本低廉的誘發晶體生長的成核劑，不 僅能夠提高晶體形成的速度，而且納米晶核為二氧化矽或氧化鎂或二氧化鈦等納米無機氧 化物時，被納米碳酸鎂晶體包裹，不僅對納米碳酸鎂晶體的性能不會產生影響，而且還能夠 與納米碳酸鎂一起協同作用起到對工程塑料進行改性的目的，提高了工程塑料的機械、力 學以及化學、物理性能，所以本發明製備出來的納米碳酸鎂晶體內部即使包裹有納米氧化 物，也無需提純步驟，節省了生產成本。說明書附圖
圖1為實施例2納米碳酸鎂晶體的熱失重分析圖(TG)；圖2為實施例3納米碳酸鎂晶體的電鏡圖(SEM)。具體實施方式
本發明涉及一種納米碳酸鎂晶體的製備方法以及利用該方法製備的納米碳酸鎂 晶體。下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細的闡述和說明(所有實施例中納米 碳酸鎂的製備過程除另有說明外，均為常溫常壓下進行)實施例1—種納米碳酸鎂晶體，製備該納米碳酸鎂晶體的具體步驟如下(1)配製100ml、摩爾濃度為0. 4mol/l的MgCl2溶液；(2)向IOOml的MgCl2溶液中滴加0. Ig的聚乙二醇200 (PEG200)作為表面活性 劑；(3)配製100ml、濃度為1. 6mol/l的氨水溶液；(4)向上述氨水溶液中通入適量二氧化碳氣體，使NH4+與CO2的摩爾比為2 1 ；(5)向上述的氨水二氧化碳溶液體系中加入0. 04g用作晶核的納米氧化鎂晶粒， 所述納米氧化鎂的平均粒徑為50nm ；(6)在5°C下，向添加有納米氧化鎂的氨水二氧化碳溶液中緩慢滴加上述步驟⑵ 製得的添加有聚乙二醇200的1%(12溶液，最後維持Mg2+ NH4+ CO2的摩爾比為1 4 2， 滴加完畢後，攪拌2分鐘後靜置30分鐘，然後減壓過濾並用無水乙醇反覆洗滌2次，最後在 150°C下乾燥2h，得到產物。製得的產物為納米碳酸鎂晶體，納米碳酸鎂晶體的平均粒徑為300nm。所述納米碳 酸鎂晶體中還包括質量份數為的納米氧化鎂晶核，包裹於所述納米碳酸鎂晶體的內部， 所述納米氧化鎂晶核的平均粒徑為50nm。通過熱重分析儀測得製得的納米碳酸鎂晶體的熱 分解溫度為420°C。實施例2—種納米碳酸鎂晶體，製備該納米碳酸鎂晶體的具體步驟如下(1)配製 100ml、摩爾濃度為 1. 725mol/l 的 MgCl2 溶液；(2)向IOOml的MgCl2溶液中滴加0. 5g的聚乙二醇400 (PEG400)作為表面活性 劑；(3)配製100ml、濃度為7mol/l的氨水溶液；(4)向上述氨水溶液中通入適量二氧化碳氣體，使NH4+與CO2的摩爾比為4 2 ；(5)向氨水二氧化碳溶液體系中加入0. Olg用作晶核的納米二氧化矽晶粒，所述 納米二氧化矽的平均粒徑為20nm ；(6)在25°C下，向添加有納米二氧化矽的氨水二氧化碳溶液中緩慢滴加上述步 驟(2)製得的添加有聚乙二醇400的MgCl2溶液，最後維持Mg2+ NH4+ CO2的摩爾比為 1:4: 2，滴加完畢後，攪拌3分鐘後靜置25分鐘，然後減壓過濾並用無水乙醇反覆洗滌 3次，最後在200°C下乾燥2h，得到產物。製得的產物為納米碳酸鎂晶體，納米碳酸鎂晶體的平均粒徑為lOOnm。所述納米碳 酸鎂晶體中還包括質量份數為0. 25%的納米二氧化矽晶核，包裹於所述納米碳酸鎂晶體的 內部，所述納米二氧化矽晶核的平均粒徑為20nm。通過熱重分析儀測得製得的納米碳酸鎂 晶體的熱分解溫度為398°C，所述納米碳酸鎂的熱失重分析(TG)圖如圖1所示。
實施例3一種納米碳酸鎂晶體，製備該納米碳酸鎂晶體的具體步驟如下(1)配製 100ml、摩爾濃度為 1. 725mol/l 的 MgCl2 溶液；(2)向IOOml的MgCl2溶液中滴加0. 02mg的烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)作為表面 活性劑；(3)配製200ml、濃度為3. 5mol/l的氨水溶液；(4)向上述氨水溶液中通入適量二氧化碳氣體，使NH4+與CO2的摩爾比為4 2 ；(5)向氨水二氧化碳溶液體系中加入0. 5ml、8%的用作晶核的納米TiO2溶膠，緩 慢攪拌均勻，所述納米TiO2溶膠的平均粒徑為8nm ；(6)在60°C下，向上述的添加有納米TiO2溶膠的氨水二氧化碳溶液中緩慢滴加 上述步驟(2)製得的IOOml添加有烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)的MgCl2溶液，最後維持 Mg2+ NH4+ CO2的摩爾比為1 4 2，滴加完畢後，攪拌5分鐘後靜置20分鐘，然後減 壓過濾並用無水乙醇反覆洗滌4次，最後在30(TC下乾燥2h，得到產物。製得的產物為納米碳酸鎂晶體，納米碳酸鎂晶體的平均粒徑為200nm，該納米碳酸 鎂的電鏡圖(SEM)如圖2所示。所述納米碳酸鎂晶體中還包括質量份數為的納米Ti02， 包裹於所述納米碳酸鎂晶體的內部，所述納米Ti02晶核的平均粒徑為8nm。實施例4—種納米碳酸鎂晶體，製備該納米碳酸鎂晶體的具體步驟如下(1)配製100ml、摩爾濃度為2. 2mol/l的MgCl2溶液；(2)向IOOml的MgCl2溶液中滴加0. 5mg的聚乙二醇400 (PEG400)作為表面活性 劑；(3)配製100ml、濃度為8. 8mol/l的氨水溶液；(4)向上述氨水溶液中通入適量二氧化碳氣體，使NH4+與CO2的摩爾比為4 2 ；(5)向氨水二氧化碳溶液體系中加入0. Olg用作晶核的納米碳酸鎂晶粒，所述納 米碳酸鎂晶粒的平均粒徑為50nm ；(6)在35°C下，向上述添加有納米碳酸鎂晶粒的氨水二氧化碳溶液中緩慢滴加上 述步驟(2)製得的添加有聚乙二醇400的1%(12溶液，最後維持Mg2+ NH4+ CO2的摩爾比 為1 4 2，滴加完畢後，緩慢攪拌3分鐘後靜置25分鐘，然後減壓過濾並用無水乙醇反 復洗滌3次，最後在150°C下乾燥2h，得到產物。製得的產物為納米碳酸鎂晶體，納米碳酸鎂晶體的平均粒徑為50nm。通過熱重分 析儀測得製得的納米碳酸鎂晶體的熱分解溫度為360°C。需要說明的是，普通的技術人員針對上述的實施例還可以很簡單的想到其他的實 施例，並且通過簡單的多次實驗，就能夠得到一些改進。但是無論怎麼改進，只要這些技術 方案在本發明的構思範圍內，應等同於本專利的技術方案，屬於本專利的保護範圍。
權利要求
一種納米碳酸鎂晶體的製備方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟(1)配製濃度為0.4mol/l～2.2mol/l的MgCl2溶液；(2)向每100ml的MgCl2溶液中滴加0.01g～1g的表面活性劑；(3)配製濃度為1.6mol/l～8.8mol/l的氨水溶液；(4)向上述氨水溶液中通入一定量的二氧化碳氣體，使NH4+與CO2的摩爾比為2∶1；(5)向每100ml的氨水二氧化碳溶液體系中加入0.001g～0.1g用作晶核的納米氧化物，並緩慢攪拌均勻；(6)在5℃～60℃下，向添加有納米氧化物的氨水二氧化碳溶液中緩慢滴加一定量的添加有表面活性劑的MgCl2溶液，最後維持Mg2+∶NH4+∶CO2的摩爾比為1∶4∶2，滴加完畢後，緩慢攪拌2～5分鐘後靜置20～30分鐘，然後減壓過濾並用無水乙醇反覆洗滌2～4次，最後在150℃～300℃下乾燥2～3h，得到產物。
2.根據權利要求1所述的納米碳酸鎂晶體的製備方法，其特徵在於，所述表面活性劑 為聚乙二醇200(PEG200)、聚乙二醇400(PEG400)或烷基酚聚氧乙烯醚(0P-10)。
3.根據權利要求1所述的納米碳酸鎂晶體的製備方法，其特徵在於，所述用作晶核的 納米氧化物為質量百分比為0.5% 15%的納米TiO2溶膠，所述納米TiO2溶膠的體積為 0. 2ml 120ml。
4.根據權利要求1所述的納米碳酸鎂晶體的製備方法，其特徵在於，所述用作晶核的 納米氧化物為納米MgO晶粒或納米SiO2粉末。
5.根據權利要求1或3或4所述的納米碳酸鎂晶體的製備方法，其特徵在於，所述用作 晶核的納米氧化物的平均粒徑為1 50nm。
6.一種納米碳酸鎂晶體，其特徵在於，該納米碳酸鎂晶體中還包括質量百分比為 0. 10%的納米氧化物晶核。
7.根據權利要求6所述的納米碳酸鎂晶體，其特徵在於，納米氧化物晶核為納米MgO、 納米SiO2和納米TiO2中的一種。
8.根據權利要求6或7所述的納米碳酸鎂晶體，其特徵在於，所述納米氧化物晶核的平 均粒徑為1 50nm。
9.根據權利要求6或7所述的納米碳酸鎂晶體，其特徵在於，所述納米碳酸鎂晶體的熱 分解溫度為360°C 420°C。
10.根據權利要求9所述的納米碳酸鎂晶體，其特徵在於，所述納米碳酸鎂晶體的平均 粒徑為50 300nm。
全文摘要
本發明涉及一種納米碳酸鎂晶體及其製備方法該方法包括如下步驟配製濃度為0.4mol/l～2.2mol/l的MgCl2溶液；向每100ml的MgCl2溶液中滴加0.01g～1g的表面活性劑；配製濃度為1.6mol/l～8.8mol/l的氨水溶液；向上述氨水溶液中通入一定量的二氧化碳氣體，使NH4+與CO2的摩爾比為2∶1；向每100ml的氨水二氧化碳溶液體系中加入0.001g～0.1g用作晶核的納米氧化物，並緩慢攪拌均勻；在5℃～60℃下，向添加有納米氧化物的氨水二氧化碳溶液中緩慢滴加一定量的添加有表面活性劑的MgCl2溶液，最後維持Mg2+∶NH4+∶CO2的摩爾比為1∶4∶2，滴加完畢後，緩慢攪拌2～5分鐘後靜置20～30分鐘，然後減壓過濾並用無水乙醇反覆洗滌2～4次，最後在150℃～300℃下乾燥2～3h，得到產物。
文檔編號C01F5/24GK101993099SQ20101058176
公開日2011年3月30日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者胡軍輝, 謝長生, 賴華林, 鄭碧娟 申請人:深圳市華力興工程塑料有限公司;深圳華中科技大學研究院