一种高分散性薄片状纳米氢氧化镁阻燃剂的制备方法技术

目前沉淀法制备高分散性氢氧化镁阻燃剂的工艺通常分两阶段：常温（一般低于９０℃）沉淀合成和高温（一般高于１２０℃）水热改性。存在高温下水热处理的时间较长，生产效率较低等缺点。这种高分散薄片状纳米氢氧化镁晶体的制备工艺，是将成淀合成和水热处理两阶段合在一起进行。首先将碱溶液与含镁离子的水溶液在高温下（一般高于１００℃）直接快速混合沉淀，然后紧接着进行水热处理。本工艺方法生产效率高，所制备的氢氧化镁晶粒为六方薄片状，尺寸在３００～１０００纳米，厚度为５０～１００纳米；该产品颗粒分散性好，不易团聚，与聚合物材料的相容性较好，对合成材料的加工流变、力学性能影响较小，是作为低烟无卤阻燃聚合物的理想添加剂之一。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及高分散性薄片状纳米氢氧化镁阻燃剂的制备方法
氢氧化镁由于具有阻燃、抑烟、环保及热分解温度高等优点，是具有巨大市场潜力的聚合物阻燃剂之一。由于氢氧化镁是一种极性很强的无机化合物，其晶体在(101)方向有微观内应力，晶体表面具有亲水性，在常温条件下采用传统工艺合成的氢氧化镁为纳米晶体，表面极性较强，易于团聚形成粒径为10～100微米的二次例子，具有很大的表面积，在合成材料中的分散性和相容性很差，严重破坏聚合物材料的加工性能和力学性能，因而无法直接用于聚合物材料的阻燃。作为阻燃剂的氢氧化镁要求具有低比表面积和低微观内应力。经过文献调研，我们发现目前氢氧化镁阻燃剂的制备工艺为：首先在低温或室温下使镁盐和碱溶液发生沉淀反应，然后在高温(100～250℃)下进行4～20小时的水热处理而制得。该法制备的氢氧化镁阻燃剂比表面积小，在聚合物材料中具有较好的分散性能。但由于其在高温下水热处理的时间较长，生产效率较低，成本较高。为了提高氢氧化镁晶体的生产效率，本专利技术提出一种高分散性薄片状纳米级氢氧化镁阻燃剂的制备新工艺。这种高分散性薄片状纳米级氢氧化镁晶体的制备方法，特征在于：将碱溶液与含镁离子的水溶液在高温下直接快速混合，发生沉淀反应，[对于氨水的碱溶液体系，混合成淀反应温度控制在80-250℃(温度在80～160℃范围内更经济)；对于氢氧化钠或氢氧化钾的碱溶液体系，混合成淀反应温度控制在110-300℃进行(温度在160～220℃范围内更经济)]，然后在110-300℃范围内保温0-5个小时(保温温度在160～220℃范围、保温时间在0～2小时范围内更经济)；之后抽滤，洗涤，干燥得白色粉体产品。所述含镁离子的水溶液包括氯化镁、硝酸镁或硫酸镁的水溶液，其物质的量浓度为0.5-2mol/l；所述碱溶液可采用物质的量浓度为的0.5-2mol/l氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液或氨水或氨气。所述镁离子溶液或碱溶液中可添加少量氢氧化镁晶种，这样制备的氢氧化镁晶体颗粒尺-->寸更大，结晶更完整。本工艺方法制备的氢氧化镁，其特征为薄片状六方形晶体颗粒，颗粒尺寸在300～1000纳米，厚度为50～100纳米；晶体颗粒比表面积小，分散性好，不容易团聚，与聚合物材料的相容性较好，对合成材料的加工流变性能、力学性能等影响较小，可用作为低烟、无卤无毒阻燃聚合物的添加剂。本工艺方法制备的氢氧化镁，其晶体颗粒尺寸和结晶的完整程度随保温时间和保温温度的增加而提高，因而其极性随之降低，其在聚合物基体中的相容性随之增加。本专利技术的制备方法与现有传统的氢氧化镁阻燃剂的制备方法相比，由于采用了高温沉淀反应法，可直接沉淀出具有晶体尺寸较大的、结晶较完整的氢氧化镁晶体颗粒，之后只需较短时间的高温水热处理即可得到综合性能优良的氢氧化镁晶体颗粒，因而大大缩短了反应时间，且所得的产品易于过滤，故大大提高了其生产效率，降低了氢氧化镁阻燃剂的生产成本。以下是本专利技术的实施例：实施例1将81.2g六水合氯化镁溶于250ml蒸馏水中，将32g氢氧化钠溶于60ml蒸馏水中并装入预先制好的聚丙烯薄膜袋，热封好之后与氯化镁溶液一同放入高压釜中，升温至160℃开始搅拌，继续升温至180℃恒温、搅拌60分钟之后快速冷却，用蒸馏水洗涤、抽滤多次后(过滤性能较好)，将所得膏状物在105±5℃下烘干得到白色粉体产品。在扫描电子显微镜(SEM)下直接观察粒径和形貌，并拍照片(见附图1)，结果显示该产品为薄片六方形晶体，厚度为70～80纳米，粒径在300～1000纳米，其中以800纳米左右的粒径为主。用XSS-300型转矩流变仪进行测定，结果表明，含量50％的未经表面处理的该产品填充的EVA混合物的熔体流变性能较好，平衡转矩为21N·m。力学性能检测显示，该混合物的拉伸强度达到14.4MPa，断裂伸长率为180％。(附图1是本实施例中得到的氢氧化镁产品放大1万倍和3万倍的电镜照片。)实施例2将81.2g六水合氯化镁溶于250ml蒸馏水中，将32g氢氧化钠溶于60ml蒸馏水中并装入预先制好的聚丙烯薄膜袋，热封好之后与氯化镁溶液一同放入高压釜中，升温至160℃开始搅拌，继续升温至180℃恒温、搅拌3小时之后快速冷却，用蒸馏水洗涤、抽滤多次后(过-->滤性能很好)，将所得膏状物在105±5℃下烘干得到白色粉体产品。在SEM下直接观察粒径和形貌，并拍照片(见附图2)，结果显示该产品与实例1相近，但产品晶体结晶更完整。用XSS-300型转矩流变仪进行测定，结果表明，含量50％的未经表面处理的该产品填充的EVA混合物的熔体流变性能较好，平衡转矩为16N·m。力学性能检测显示，该混合物的拉伸强度为11.0MPa，断裂伸长率达到430％。(附图2是本实施例中得到的氢氧化镁产品放大1万倍和3万倍的电镜照片。)实施例3将81.2g六水合氯化镁溶于250ml蒸馏水中，将32g氢氧化钠溶于60ml蒸馏水中并装入预先制好的聚丙烯薄膜袋，热封好之后与氯化镁溶液一同放入高压釜中，升温至160℃开始搅拌，继续升温至180℃恒温、搅拌5小时之后快速冷却，用蒸馏水洗涤、抽滤多次后(过滤性能很好)，将所得膏状物在105±5℃下烘干得到白色粉体产品。在SEM下直接观察粒径和形貌，并拍照片(见附图3)，结果显示该产品与实例1和实例2相近，但产品晶体结晶更完整。(附图3是本实施例中得到的氢氧化镁产品放大1万倍和3万倍的电镜照片。)实施例4将81.2g六水合氯化镁溶于130ml蒸馏水中，将121ml浓度为25％的氨水与少量纳米氢氧化镁晶种一同装入预先制好的聚丙烯薄膜袋，热封好之后与氯化镁溶液一同放入高压釜中，升温至160℃开始搅拌，继续升温至180℃恒温、搅拌10分钟之后快速冷却，用蒸馏水洗涤、抽滤多次后(过滤性能好)，将所得膏状物在105±5℃下烘干得到白色粉体产品。在SEM下直接观察粒径和形貌，并拍照片(见附图4)，结果显示该产品为薄片六方形晶体，厚度为50～60纳米，粒径在300～1000纳米，其中以600纳米左右的粒径为主。用XSS-300型转矩流变仪进行测定，结果表明，含量50％的未经表面处理的该产品填充的EVA混合物的熔体流变性能较好，平衡转矩为18.5N·m。力学性能检测显示，该混合物的拉伸强度为10.5MPa，断裂伸长率为280％。(附图4是本实施例中得到的氢氧化镁产品放大1万倍和3万倍的电镜照片。)实施例5将81.2g六水合氯化镁溶于130ml蒸馏水中，将121ml浓度为25％的氨水与少量纳米氢-->氧化镁晶种一同装入预先制好的聚丙烯薄膜袋，热封好之后与氯化镁溶液一同放入高压釜中，升温至160℃开始搅拌，继续升温至180℃恒温、搅拌1小时之后快速冷却，用蒸馏水洗涤、抽滤多次后(过滤性能好)，将所得膏状物在105±5℃下烘干得到白色粉体产品。用XSS-300型转矩流变仪进行测定，结果表明，含量50％的未经表面处理的该产品填充的EVA混合物的熔体流变性能较好，平衡转矩为17N·m。力学性能检测显示，未经表面处理的该产品填充的EVA混合物具有较好的力学性能，拉伸强度10.9MPa，断裂伸长率470％。实施例6将81.2g六水合氯化镁溶于130ml蒸馏水中，将121ml浓度为25％的氨水与少量纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术提出一种高分散性薄片状纳米级氢氧化镁阻燃剂的制备新工艺。这种高分散性薄片状纳米级氢氧化镁晶体的制备方法，特征在于：将碱溶液与含镁离子的水溶液在高温下直接快速混合，发生沉淀反应，［对于氨水的碱溶液体系，混合成淀反应温度控制在８０ －２５０℃（温度在８０～１６０℃范围内更经济）；对于氢氧化钠或氢氧化钾的碱溶液体系，混合成淀反应温度控制在１１０－３００℃进行（温度在１６０～２２０℃范围内更经济）］，然后在１１０－３００℃范围内保温０－５个小时（保温温度在１６０～２２０℃范围、保温时间在０～２小时范围内更经济）；之后抽滤，洗涤，干燥得白色粉体产品。所述含镁离子的水溶液包括氯化镁、硝酸镁或硫酸镁的水溶液，其物质的量浓度为０．５－２ｍｏｌ／ｌ；所述碱溶液可采用物质的量浓度为的０．５－２ｍｏｌ／ｌ 氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液或氨水或氨气。所述镁离子溶液或碱溶液中可添加少量氢氧化镁晶种，这样制备的氢氧化镁晶体颗粒尺寸更大，结晶更完整。

【技术特征摘要】
本发明提出一种高分散性薄片状纳米级氢氧化镁阻燃剂的制备新工艺。这种高分散性薄片状纳米级氢氧化镁晶体的制备方法，特征在于：将碱溶液与含镁离子的水溶液在高温下直接快速混合，发生沉淀反应，[对于氨水的碱溶液体系，混合成淀反应温度控制在80-250℃(温度在80～160℃范围内更经济)；对于氢氧化钠或氢氧化钾的碱溶液体系，混合成淀反应温度控制在110-300℃进行(温度在160～220℃范围内更经济)]，然后在110-30...

【专利技术属性】
技术研发人员：李振中，王喜刚，杨绪伟，田子华，吴刚，何伟，武海云，肖凤艳，
申请(专利权)人：中北大学分校，
类型：发明
国别省市：14[中国|山西]