有关氢氧化镁-纳米氢氧化镁的合成研究方法
发表时间：2012/4/30 来源：喜嘉化工（广州）有限公司
关键词：纳米氢氧化镁、阻燃剂氢氧化镁、无卤阻燃剂、Mg (OH)2阻燃剂、氢氧化铝
有关纳米氢氧化镁的办法大概可以总结如下：
粒度为40nm—1μm的氢氧化镁比表面积很大,高纯度主要用作高分子材料的阻燃剂,其主要优点是分解温度较高,故当一些热塑材料需较高温度加工时(200℃),用氢氧化镁作阻燃剂可避免加工时因阻燃剂分解而引起塑料的质变,从而降低火灾的危害;氢氧化镁与其它制剂混用,除了可改善高分子材料的耐热性外还可改善它们的其它性能,如机械强度、软化温度、制品表面亮度、绝缘性能、抗静电性能等;氢氧化镁还具有良好的隔热性,如含氢氧化镁1%~10%的透明塑料薄膜有良好的隔热作用,用作温室材料隔热效果明显;纳米氢氧化镁还可用作变压器钢材的绝缘保护层;纳米氢氧化镁主要用作橡胶、塑料制品的填充物及增强剂,在医学上作抑酸剂,化学工业作催化剂及制造其它镁的化合物、陶瓷、搪瓷、玻璃等原料,作石棉防火布的填充物,绝缘保温材料等。
综上所述,纳米氢氧化镁是一种具有耐热性、隔热性、绝热性、增强性的无机材料。随着该产品的不断开发,它将会有更加广泛的应用前景[1-3],所以开展纳米氢氧化镁的研究意义非常重大合成高分散超细或纳米Mg (OH)2物质的主要原料氯化镁(MgCl2·6H2O)可溶于水和乙醇,在碱性条件下可形成碱式氯化镁和Mg (OH)2沉淀,氨水是较理想的沉淀剂,不影响产物纯度,而且过量氨和氯化铵可回收,对在水溶液中用氨水做沉淀剂制备Mg (OH)2进行系统研究后发现, Mg (OH)2沉淀在水溶液中易胶结团聚,洗涤过滤困难,而且收率较低。
为克服这些问题,本文对水—乙醇溶剂体系下合成Mg (OH)2作了系统研究。探索出了制备高纯超细Mg (OH)2的新工艺,在适当条件下制得了粒度为100nm~ 200nm的超细Mg (OH)2粉体,选择不同分散剂可制备0·1μm~1μm针状的氢氧化镁、50nm~100nm片状的氢氧化镁,产物收率40%左右,添加适量氯化钙可提高产物的产率至80%左右。
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器
MgCl2·6H2O,分析纯;聚乙二醇(PEG),化学纯,分子量6 000用X射线衍射分析仪(XRD)对粉末样品的物相组成、晶型进行分析;利用透射电子显微镜(TElM)对所得粉体的形貌、粒径大小进行分析。
1. 2 实验方法
在0·225mol/L~0·5mol/L的MgCl2水溶液中加入高分子PEG (或PVA);或在水溶液中加聚丙酰胺;或在水溶液中加入高分子PEG(或PVA)和聚丙酰胺;或水溶液中加入高分子PEG和醋酸丁酯等作为不同的分散剂。控制分散剂在2%~3%MgCl2,温度40℃~45℃下,充分搅拌反应0·5h~1h,然后缓慢滴加氨水溶液一段时间后,快滴加氨水进行沉淀,氨水过量20%,沉淀体系在低温下陈化24h。真空抽滤、反复用蒸馏水洗涤直到检测不到氯离子,抽干,在干燥箱中70℃~80℃充分干燥;乙醇或乙醇水溶液作为溶剂重复上述实验。
2 结果与讨论
2. 1 溶剂对沉淀反应和产物的影响实验中发现,沉淀反应因溶剂不同有较大差别,在水溶液体系中伴随着氨水的加入,体系pH值逐渐提高,溶液中先出现半透明的胶状沉淀,最后形成稳定的凝胶状沉淀,凝胶悬浮时间长,沉降速度慢。当溶剂中含有乙醇时形成的沉淀胶结程度较低,沉降快,乙醇含量越高这种现象越明显。同时在含有乙醇的体系下,得到的沉淀过滤洗涤明显比在水体系下容易。这些与一次粒子粒径和水及乙醇在Mg (OH)2粉体表面的吸附有关。当溶液中不存在乙醇时一次粒子细小,颗粒通过氢键与水形成连续胶结,导致沉淀粘稠。当溶液中存在乙醇时,一次粒子尺寸较大, Mg (OH)2吸附乙醇分子后,降低了表面能,胶结得到抑制,
形成的沉淀为独立的小团聚体,故沉降快,滤容易。从不同溶剂下得到沉淀物的IR光谱可以证实这一点,在含乙醇溶剂体系下得到的沉淀物的IR谱线中出现明显的甲基、亚甲基峰(见图1),证明粉体表面吸附了乙醇。除
此之外,其它峰都能与基准Mg (OH)2粉体吸收峰相对应。证明溶剂只对粉体的表面有影响,对产物物相没有影响。XRD分析结果也证实了这一点(见图2)。从XRD谱线中看出,产物为Mg (OH)2粉体,但由于一次粒子尺寸
较小,使得衍射峰变宽[1]。l-纯水; 2-乙醇与水比例1∶2; 3-乙醇与水比例l∶1; 4-乙醇与水比例2∶1; 5-无水乙醇。
1. 1 试剂与仪器
MgCl2·6H2O,分析纯;聚乙二醇(PEG),化学纯,分子量6 000用X射线衍射分析仪(XRD)对粉末样品的物相组成、晶型进行分析;利用透射电子显微镜(TElM)对所得粉体的形貌、粒径大小进行分析。
1. 2 实验方法
在0·225mol/L~0·5mol/L的MgCl2水溶液中加入高分子PEG (或PVA);或在水溶液中加聚丙酰胺;或在水溶液中加入高分子PEG(或PVA)和聚丙酰胺;或水溶液中加入高分子PEG和醋酸丁酯等作为不同的分散剂。控制分散剂在2%~3%MgCl2,温度40℃~45℃下,充分搅拌反应0·5h~1h,然后缓慢滴加氨水溶液一段时间后,快滴加氨水进行沉淀,氨水过量20%,沉淀体系在低温下陈化24h。真空抽滤、反复用蒸馏水洗涤直到检测不到氯离子,抽干,在干燥箱中70℃~80℃充分干燥;乙醇或乙醇水溶液作为溶剂重复上述实验。
2 结果与讨论
2. 1 溶剂对沉淀反应和产物的影响实验中发现,沉淀反应因溶剂不同有较大差别,在水溶液体系中伴随着氨水的加入,体系pH值逐渐提高,溶液中先出现半透明的胶状沉淀,最后形成稳定的凝胶状沉淀,凝胶悬浮时间长,沉降速度慢。当溶剂中含有乙醇时形成的沉淀胶结程度较低,沉降快,乙醇含量越高这种现象越明显。同时在含有乙醇的体系下,得到的沉淀过滤洗涤明显比在水体系下容易。这些与一次粒子粒径和水及乙醇在Mg (OH)2粉体表面的吸附有关。当溶液中不存在乙醇时一次粒子细小,颗粒通过氢键与水形成连续胶结,导致沉淀粘稠。当溶液中存在乙醇时,一次粒子尺寸较大, Mg (OH)2吸附乙醇分子后,降低了表面能,胶结得到抑制,
形成的沉淀为独立的小团聚体,故沉降快,滤容易。从不同溶剂下得到沉淀物的IR光谱可以证实这一点,在含乙醇溶剂体系下得到的沉淀物的IR谱线中出现明显的甲基、亚甲基峰(见图1),证明粉体表面吸附了乙醇。除
此之外,其它峰都能与基准Mg (OH)2粉体吸收峰相对应。证明溶剂只对粉体的表面有影响,对产物物相没有影响。XRD分析结果也证实了这一点(见图2)。从XRD谱线中看出,产物为Mg (OH)2粉体,但由于一次粒子尺寸
较小,使得衍射峰变宽[1]。l-纯水; 2-乙醇与水比例1∶2; 3-乙醇与水比例l∶1; 4-乙醇与水比例2∶1; 5-无水乙醇。
2. 2 溶剂对粉体状态、粒径及形貌的影响经研究发现溶剂对最后粉末的宏观分散状态有一定影响。水溶液中获得的粉体有明显的团聚,而当乙醇与水比例为1∶2和1∶1时,得到的粉体分散性较好,其中乙醇与水比例为2∶1时得到的粉体的分散性最差,并有一定程度的硬团聚。由TEM照片可以看出这一点(见图3),从TEM照片中还可以看出溶剂除对粒径有影响外,对晶体形貌也有较大的影响。水溶液下得到的粉末以细小的针状晶体的软团聚体为主,团聚粒径较大。当乙醇与水比例为1∶2和1∶1时,得到的粉体中间含有粒状、针状晶体,前者以针状为主、后者以粒状为主,二者分散性较好,平均粒径200nm;乙醇与水比例2∶1时得到的粉体的晶粒粗大,分散性差,粒径约0·5μm~1μm;在无水乙醇中得到的粉体主要为粒状、粒径100nm~150nm:由此看出,乙醇吸
附在晶粒表面抑制了晶体沿单一方向生长的优势,使晶体呈粒状。
2. 3 高分子表面保护的作用对Mg (OH)2粒
径及外貌的影响
高分子聚乙二醇的长链结构在形成胶束过程中容易缠结、团聚,但同时又具有与无机物相互作用形成不同模板的特性,高分子的分子量、用量、溶剂配比、温度以及与其它少量有机物如:醋酸丁脂、聚丙酰胺等一定配比混合作为分散剂等外界条件的变化直接影响模板的形成及形态,最终导致产物形貌的不同,粒径大小相差甚大。按表1进行实验,如图4、图5可得出:分散剂不同, Mg (OH)2的形貌不同,表1的A2、A3、A4的产物是片状,其粒径50nm~100nm占100%。A1的产物是针状,其粒径0·5μm~lμm占70%。
2. 4 CaCl2作为添加物对产率的影响
本实验制备氢氧化镁产率只有40%左右,因此在保证Mg (OH)2沉淀具有良好过滤、洗涤性能的前提下,如何提高Mg (OH)2的产率是本课题要重点解决的关键技术问题。为了获得较高的产率,在有添加物存在时,曾研究各种因素对氢氧化镁产率的影响,以确定制备分散氢氧化镁的最佳工艺参数(表2,表3)。从表2、表3可知,反应温度及氨水加量对Mg (OH)2的产率是有影响的,适当提高反应温度和增加氨水加量,有利于提高Mg (OH)2的产率。
附在晶粒表面抑制了晶体沿单一方向生长的优势,使晶体呈粒状。
2. 3 高分子表面保护的作用对Mg (OH)2粒
径及外貌的影响
高分子聚乙二醇的长链结构在形成胶束过程中容易缠结、团聚,但同时又具有与无机物相互作用形成不同模板的特性,高分子的分子量、用量、溶剂配比、温度以及与其它少量有机物如:醋酸丁脂、聚丙酰胺等一定配比混合作为分散剂等外界条件的变化直接影响模板的形成及形态,最终导致产物形貌的不同,粒径大小相差甚大。按表1进行实验,如图4、图5可得出:分散剂不同, Mg (OH)2的形貌不同,表1的A2、A3、A4的产物是片状,其粒径50nm~100nm占100%。A1的产物是针状,其粒径0·5μm~lμm占70%。
2. 4 CaCl2作为添加物对产率的影响
本实验制备氢氧化镁产率只有40%左右,因此在保证Mg (OH)2沉淀具有良好过滤、洗涤性能的前提下,如何提高Mg (OH)2的产率是本课题要重点解决的关键技术问题。为了获得较高的产率,在有添加物存在时,曾研究各种因素对氢氧化镁产率的影响,以确定制备分散氢氧化镁的最佳工艺参数(表2,表3)。从表2、表3可知,反应温度及氨水加量对Mg (OH)2的产率是有影响的,适当提高反应温度和增加氨水加量,有利于提高Mg (OH)2的产率。
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