纳米氢氧化镁的制备方法技术

本发明专利技术的纳米氢氧化镁的制备方法，特征是将添加有分散剂的可溶性镁盐溶液和可溶性碱液在放置于超声槽中的、安装有搅拌器的反应器中进行反应得到氢氧化镁悬浊液；上述氢氧化镁悬浊液在室温下超声陈化，陈化后的氢氧化镁经抽滤洗涤后，加热干燥得到纳米氢氧化镁粉体。反应过程中施加的超声波促进晶核形成并抑制晶核生长速率，控制了颗粒的尺寸和分布；超声空化作用防止团聚现象的产生，提高了纳米颗粒的均匀性和分散性；超声波的热效应提高了纳米颗粒的结晶度，缩短了样品的陈化时间。因此本发明专利技术工艺简单、生产周期短、生产条件温和、产品分散性好、颗粒分布均匀。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米粉体制备工艺，具体涉及一种超声波辅助合成纳米粉体的制备方法，特别是纳米氢氧化镁的超声波辅助合成方法。
技术介绍
Mg(OH)2作为重要的无机阻燃剂是性价比最高的阻燃剂之一。它具有分解温度较高、热稳定性高、无毒、无烟并抑烟等特点，是一种对环境友好的绿色环保型阻燃剂。而且多数性能优于氢氧化铝阻燃剂，迎合了21世纪对阻燃剂无卤化、低毒化、抑烟化的需求，得到了较快的发展。但普通Mg(OH)2用于聚合物的阻燃，阻燃效率低，与基体的相容性差。要使材料的阻燃性能达到一定要求，Mg(OH)2的添加量通常要高达50％以上。这对材料的力学性能和加工性能影响很大，使材料机械性能、特别是抗冲击强度和伸长率均显著劣化，难以达到使用要求。解决这一问题的最好方法之一是使Mg(OH)2颗粒向纳米化方向发展。尽管目前国内外工业生产上广泛采用的化学合成法制备纳米氢氧化镁具有操作简单、原料来源广的优点，但这一制备工艺在实际生产上仍不同程度地存在一些问题，例如:由于镁盐加碱生成氢氧化镁的反应非常快，反应物一旦接触反应就迅速进行完全，从而造成产物颗粒不均匀、所得颗粒粒径分布宽、形貌难以控制；另一方面，由于纳米氢氧化镁粒子具有很高的表面能，且为强极性物质，在溶液中纳米氢氧化镁的团聚现象非常严重。这就使得制备高分散性的纳米氢氧化镁变得很困难。近年来发展了几种制备纳米氢氧化镁的方法。如中国专利CN1341694A报道了用旋转填充床为反应器，以可溶性镁盐与氨水或氨气为原料，反应后浆料在80℃熟化几小时后制备纳米氢氧化镁的方法。该法设备投入大，反应-->生成的氢氧化镁易在填料间隙沉积，堵塞填充床。中国专利CN1542036A以可溶性镁盐和可溶性碱为原料，在高分子保护剂的作用下，通过高剪切均质乳化器强制乳化沉淀制备氢氧化镁纳米粉体，仅反应后的陈化时间就长达12小时，反应时间太长。与此类似的中国专利CN1332116A采用均质流体法制备纳米氢氧化镁，尽管采用热老化处理反应后的浆料，但仍需100℃老化6小时以上，甚至在300℃也要热老化3小时。中国专利CN1982410A将沉淀法制备氢氧化镁的沉淀合成和水热处理两阶段合在一齐制备了薄片状纳米氢氧化镁，反应和水热处理温度分别高达160℃和180℃，该法反应条件苛刻，操作困难，难以工业化生产。中国专利CN1389521A介绍了采用溶胶-凝胶法制备纳米氢氧化镁的方法。该法是先配制可溶性镁盐和氨水的水溶液，并在氨水溶液中加入少许表面活性剂；然后在强力搅拌下将镁盐溶液缓慢滴加到配制的氨水溶液中，形成乳白色的胶体；将制备的氢氧化镁胶体超声振荡3～5h后蒸发除去溶剂，最后在300℃下焙烧2～3h，研磨得到白色纳米氢氧化镁粉体。该专利用超声波对预先制备的氢氧化镁胶体进行振荡处理，具有超声分散防止团聚的作用，但超声时间过长，特别是蒸发去除溶剂，使该专利方法生产周期长、能耗大、成本高，不利于工业化推广。
技术实现思路
针对上述现有技术之不足，本专利技术的目的在于提供一种能够在室温下快速合成分散性好、颗粒尺寸分布均匀的纳米氢氧化镁的制备方法，即超声波辅助的沉淀法合成纳米氢氧化镁的方法。为实现上述目的，本专利技术的纳米氢氧化镁的制备方法，特点在于将添加有分散剂的可溶性镁盐溶液加入到放置于超声槽中的、安装有搅拌器的三口烧瓶中；开启搅拌器并调整转速，开启超声波设备并调整超声波频率和超声波功率，将与上述镁盐溶液等当量的可溶性碱液缓慢滴加入到三口烧瓶中15-35℃下进行反应，得到氢氧化镁悬浊液；氢氧化镁悬浊液在15-35℃下超声陈化4～30分钟；陈化后的氢氧化镁经抽滤洗涤后，在80～120℃下干燥2～6小时，得-->到纳米氢氧化镁粉体，上述分散剂选用阴离子表面活性剂或高分子表面活性剂，其加入量为镁盐的1～5wt％；所述的镁盐溶液为氯化镁、硫酸镁、硝酸镁水溶液或苦卤水，其Mg2+浓度为0.5～5.0mol/L；所述的碱液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，其OH-浓度为1.0～10.0mol/L。本专利技术所述的阴离子表面活性剂通常选用硬脂酸盐、磺酸盐、羧酸盐等；而高分子表面活性剂则通常选用聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮等。本专利技术根据反应浓度和产物粒径调整搅拌器转速，反应浓度增加，搅拌器转速加大；所需产物粒径越小，相应的搅拌器转速就要加大。本专利技术所选的搅拌器转速为50～1200rpm。本专利技术的要点在于在纳米氢氧化镁的合成和陈化阶段都施加超声波，实验证明产生了很好的效果。超声化学是将物理方法与化学方法有机结合起来的一种方便、有效、安全的技术，是一门将超声学及超声波技术与化学紧密结合的崭新科学。本专利技术根据反应物浓度、产物粒径以及在反应和陈化不同阶段来调整超声波频率和功率。随反应浓度增加，超声波频率和功率加大；所需产物粒径越小，相应的超声波频率和功率就要增加；在反应阶段，超声波的频率和功率要大些，而在陈化阶段，超声波的频率和功率可适当降低。本专利技术的超声波设备，所选的超声波频率为10～106kHz，功率为50～800W。本专利技术在分散剂的存在下，由于在可溶性镁盐和可溶性碱的反应和纳米氢氧化镁的陈化阶段都施加超声波。在沉淀反应阶段，超声空化作用可促使瞬间生成大量的晶核，而空化效应产生的微气泡会在晶核表面引起反应液的显微涡动，起到机械搅拌作用，加速反应体系的扩散，使新生的晶核长大成稳定纳米颗粒，从而抑制了二次成核和晶核的进一步长大；在陈化阶段，超声空化作用产生的热效应有利于提高纳米颗粒的结晶度，可大大缩短纳米氢氧化镁的陈化时间；同时，在整个制备过程中，超声空化作用产生的强冲击波和微射流具有粉碎作用，可有效阻止纳米氢氧化镁间氢键的形成，达到防止-->团聚的目的。所以，本专利技术的制备纳米氢氧化镁方法，工艺简单、生产周期短、生产条件温和、成本低，产品分散性好、颗粒尺寸分布均匀。附图说明图1为实施例1制备的纳米氢氧化镁的x-射线衍射花样，谱图中所有的衍射峰位置与JCPDS 84-2164的氢氧化镁一致，没有检测到其他不纯的杂质。图2为实施例1制备的纳米氢氧化镁放大6万倍的场发射扫描电镜照片。图3为实施例1制备的纳米氢氧化镁的透射电镜照片。从电镜照片可以看出，本专利技术方法合成的纳米Mg(OH)2颗粒尺寸约70nm，颗粒形貌为片状，颗粒尺寸分布均匀，具有较好的分散性。具体实施方式实施例1将28.5g MgCl2·6H2O和0.86g聚乙二醇溶于去离子水中，搅拌配成100ml镁盐溶液；另将11.2g NaOH也溶于去离子水中配成100ml碱液。先将镁盐溶液加入250ml三口烧瓶中，开动搅拌器，控制转速600rpm；同时打开超声波，控制超声频率59KHz、超声功率为100W。然后缓慢滴加氢氧化钠水溶液到三口烧瓶中，在25℃反应得到氢氧化镁悬浊液，随后将氢氧化镁悬浊液超声陈化处理10分钟。过滤悬浊液，用去离子水洗涤至检不出氯离子，滤饼在110℃干燥4小时，得到平均粒径70纳米的片状氢氧化镁粉体。实施例2将28.5g MgCl2·6H2O和0.57g聚乙烯醇溶于去离子水中，搅拌配成100ml镁盐溶液；另将15.7g KOH也溶于去离子水中配成100ml碱液。先将镁盐溶液加入250ml三口烧瓶中，开动搅拌器，控制转速500rpm；同时打开超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米氢氧化镁的制备方法，其特征在于将添加有分散剂的可溶性镁盐溶液加入到放置于超声槽中的、安装有搅拌器的三口烧瓶中；开启搅拌器并调整转速，开启超声波设备并调整超声频率和超声功率，将与上述镁盐溶液等当量的可溶性碱液缓慢滴加入到三口烧瓶中在１５～３５℃下进行反应，得到氢氧化镁悬浊液；氢氧化镁悬浊液在１５～３５℃下超声陈化４～３０分钟；陈化后的氢氧化镁经抽滤洗涤后，在８０～１２０℃下干燥２～６小时，得到纳米氢氧化镁粉体，上述分散剂选用阴离子表面活性剂或高分子表面活性剂，其加入量为镁盐的１～５ｗｔ％；所述的镁盐溶液为氯化镁、硫酸镁、硝酸镁水溶液或苦卤水，其Ｍｇ↑［２＋］浓度为０．５～５．０ｍｏｌ／Ｌ；所述的碱液为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾水溶液，其ＯＨ↑［－］浓度为１．０～１０．０ｍｏｌ／Ｌ，所选的搅拌器转速为５０～１２００ｒｐｍ，而选择的超声波频率为１０～１０６ｋＨｚ，功率为５０～８００Ｗ。

【技术特征摘要】
1.一种纳米氢氧化镁的制备方法，其特征在于将添加有分散剂的可溶性镁盐溶液加入到放置于超声槽中的、安装有搅拌器的三口烧瓶中；开启搅拌器并调整转速，开启超声波设备并调整超声频率和超声功率，将与上述镁盐溶液等当量的可溶性碱液缓慢滴加入到三口烧瓶中在15～35℃下进行反应，得到氢氧化镁悬浊液；氢氧化镁悬浊液在15～35℃下超声陈化4～30分钟；陈化后的氢氧化镁经抽滤洗涤后，在80～120℃下干燥2～6小时，得到纳米氢氧化镁粉体，上述分散剂选用阴离子表面活性剂或高分子表面活性剂，其加入量为镁盐的1～5wt％；所述的镁盐溶液为...

【专利技术属性】
技术研发人员：万军喜，唐国翌，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]