CN104031415B - 纳米级改性氢氧化镁的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种纳米级改性氢氧化镁的制备方法，旨在提供一种产率高，工艺过程短，生产过程无污染，粒径分布窄，能够一步完成超细化与表面改性的超细氢氧化镁的制备方法。本发明通过下述技术方案予以实现：将325～8000目粒径的氢氧化镁粉体、表面改性剂和溶剂按比例为1000∶1～80∶1000～5000（重量份）混合、搅拌打浆，然后，将上述浆料通过研磨设备，用直径≤0.8mm的球形介质研磨珠，填充于研磨腔体内，在填充体积比大于35％，研磨珠的最低运动速度大于10米/秒的环境下进行研磨，再将上述研磨获得的浆料，通过干燥设备，获得平均粒径分布在50～500纳米的表面经过改性的超细化氢氧化镁粉体。

Description

纳米级改性氢氧化镁的制备方法

技术领域

本发明是关于纳米级改性氢氧化镁的制备方法，更具体地说本发明是关于可以主要应用于阻燃领域，表面改性的纳米级改性超细氢氧化镁的制备方法。

背景技术

氢氧化镁粉体材料作为无机、抑烟、无毒阻燃材料，在高分子聚合物阻燃领域中应用广泛。氢氧化镁以其相对于被广泛使用的氢氧化铝阻燃材料具有高的热稳定性能、高的吸热量、优异的抑烟能力、低硬度，被认为是最有发展前途的环境友好型无机阻燃剂，成为近几年各国研究的热点。

纳米科学技术的快速发展，从理论、制备工艺和相关设备(包括分析测试仪器)等方面，都对氢氧化镁阻燃剂的超细化研究产生了极大的推动。利用超细化处理，尤其是超细化和表面处理相结合的处理方法，可以大幅度改善氢氧化镁阻燃剂与聚合物基质的相容性，能够明显改善氢氧化镁阻燃材料力学性能和加工性能。另外，阻燃剂纳米化有助于充分发挥其阻燃性能，如对添加有纳米阻燃剂的聚合材料进行燃烧测试，可知添加纳米氢氧化镁(与传统阻燃剂相比)的聚合材料形成的膨胀泡沫炭层细密，具有高密度和高强度。这是由于纳米阻燃剂尺寸细小、比表面积大，粒子在聚合物中均匀分散，阻燃过程中各处纳米氢氧化镁粒子可均匀受热，避免了颗粒较大时局部分解造成聚合物材料成炭不均匀和成炭质量差。

加强纳米氢氧化镁的制备研究，促进我国氢氧化镁阻燃剂的生产与发展已经成为无机阻燃剂领域的研究热点。近年来，北京理工大学、中国科技大学、清华大学、北京化工大学等单位相继对纳米氢氧化镁阻燃剂的制备工艺和应用进行了研究，采用的方法主要有金属镁水化法、直接沉淀法、均匀沉淀法、沉淀-共沸蒸馏法、超重力法等。

金属镁水化法制氢氧化镁有两种工艺，其对原料和设备的要求特别高，产品纯度高，但成本也高，产率低，难实现工业化生产。

水镁石粉碎法选择相对纯净的天然水镁石等为原料，在助磨剂存在下，经搅拌磨湿法研磨，级分，表面处理，获得达到预期目标的超细粉体。但是，该制备方法耗能高，粒子的尺寸一般0.7-3μm或更大，尺度和形状分布宽，达产品品质低。

直接沉淀法用NaOH为沉淀剂时，反应条件苛刻，不易控制；用NH3-H2O或NH3为沉淀剂时，易污染环境；用Ca(OH)2为沉淀时，产品纯度低，副产物钙盐难处理。

沉淀-水热法的特点是产品的纯度高，粒径和形态分布均匀，但粒径较大，一般在0.5～5μm，需要高温高压设备，间歇式操作。

高剪切均质乳化反应器与胶体磨相似，实际上未实现微观均匀混合，产物粒径分布宽。

全返混液膜反应器实质上是在进行沉淀-水热法操作，反应物长时间返混，操作冗长，生产成本高。

超重力法制备纳米氢氧化镁已经取得了成功，实现了工业规模生产。但是，在液丝、液膜、液滴三种不同的反应环境中进行沉淀反应，注定所得产物的粒径和形态不均匀；填充床有可能被氢氧化镁沉淀堵塞。

撞击流法采用喷射式撞击流反应结晶器。这中反应器来自分子束反应器，当镁盐溶液和碱液喷射流较大时，将达不到微观混合均匀，将出现产品的粒径和形态分布不均匀，难实现工业规模生产。

用自旋圆盘反应器合成纳米氢氧化镁，再经焙烧制氧化镁。由于在自旋圆盘上缺少将两种反应液快速混合均匀的机构，因此粒径和形态分布的均匀性受到影响。

这些方法都分别存在着工艺过程冗长、成本高，产率低、难实现工业规模生产，粒径大和形状分布宽、产品品质低，生产过程对环境污染严重等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种制造产率高，工艺过程短，生产过程无污染，粒径分布窄，能够一步完成超细化与表面改性的超细氢氧化镁的制备方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：一种纳米级改性氢氧化镁的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

将325～8000目粒径的氢氧化镁粉体、表面改性剂和溶剂按比例为1000∶1～80∶1000～5000(重量份)混合、搅拌打浆，然后，将上述浆料通过研磨设备，用直径≤0.8mm的球形介质研磨珠，填充于研磨腔体内，在填充体积比大于35％，研磨珠的最低运动速度大于10米/秒的环境下进行研磨，再将上述研磨获得的浆料，通过干燥设备，在46℃～110℃干燥条件下进行干燥，获得平均粒径分布在50～500纳米的表面经过改性的超细化氢氧化镁粉体。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用按一定比例的氢氧化镁粉体与表面改性剂及溶剂、研磨，在有别于现有技术的工艺条件下、将粗氢氧化镁粉体通过超细化、表面改性剂，在一定温度条件下干燥获得经过表面改性的超细氢氧化镁粉体。用较短的工艺流程、一步完成氢氧化镁粉体的超细化与表面改性，解决了现有技术金属镁水化法、直接沉淀法、均匀沉淀法、沉淀-共沸蒸馏法、超重力法，干法，工艺过程冗长、成本高，产率低、难实现工业规模生产，粒径分布宽、产品品质低，生产过程对环境污染严重等问题。

本发明采用高效纳米级研磨，结合纳米氢氧化镁表面改性技术，将氢氧化镁超细化工艺及表面改性工艺合为一步，既减少了工艺步骤、降低了成本，同时也提高了改性率、粒径分布宽度等产品的品质，使纳米级表面改性氢氧化镁的规模化量产成为现实。用简单的工艺设备、容易实现的工艺条件、实现了工艺成本低、产品粒径分布窄、生产过程环保无污染，一步完成氢氧化镁粉体的表面改性与氢氧化镁粉体的超细化。为低成本的规模化，工业生产高品质的超细化纳米氢氧化镁粉体提供了技术捷径。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。

在以下实施例中，制备的工艺流程可以按如下步骤：

步骤1：将氢氧化镁粉体按一定比例与表面改性剂、溶剂混合、搅拌成浆料；氢氧化镁粉体的粒径通常可以在325～8000目范围内；表面改性剂可以是硅烷偶联剂的醇稀释液、长链有机酸中的一种；溶剂为水、C1～C4以下的醇中的一种或几种；氢氧化镁、表面改性剂与溶剂的比例为1000∶(1～80)∶(1000～5000)；研磨的工艺条件为：研磨介质可以采用直径小于0.8mm的球形陶瓷研磨珠、氧化锆球、球形金属研磨珠，比如不锈钢、钛合金等研磨珠；

步骤2：将步骤1获得的浆料在填充了直径小于0.8mm的球形陶瓷研磨珠、研磨腔内研磨珠的填充体积比大于35％的研磨设备中，在研磨腔体内物料在40℃～90℃、研磨珠的最低运动速度大于10米/秒的条件下进行研磨。

步骤3：将步骤2获得的浆料，使用干燥设备在40℃～320℃干燥条件下进行干燥，即可获得平均粒径分布在50～500纳米的表面经过改性的氢氧化镁粉体。干燥设备可以是喷雾干燥设备、闪蒸干燥设备、气流干燥设备、微末干燥设备中的一种或两种。

实施例1

根据上述方法，取325目市售氢氧化镁粉体10千克，与800克30％浓度的用乙醇稀释的3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺、20千克去离子水混合、搅拌成浆料。并将该浆料反复流过填充了4.5公斤氧化铝球的3L腔体容量的卧式砂磨机按2000转/分钟的转速进行研磨，研磨时物料温度控制在40℃～45℃范围内。研磨5个小时后，取浆料在80℃的烘箱中干燥48小时，可获得超细化、改性的氢氧化镁，其平均粒径为421纳米。

实施例2

根据上述方法，取800目市售氢氧化镁粉体5千克，与200克50％浓度的用乙醇按稀释的3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺、7千克去离子水混合、搅拌成浆料。并将该浆料反复流过填充了5公斤氧化锆球的3L腔体容量的卧式砂磨机按3000转/分钟的转速进行研磨，研磨时物料温度控制在60～65℃。研磨3个小时后，取浆料在110℃的烘箱中干燥36小时，可获得超细化、改性的氢氧化镁，其平均粒径为260纳米。

实施例3

根据上述方法，取2500目市售氢氧化镁粉体500克，与17.5克硬脂酸、1200克乙醇混合、搅拌成浆料。并将该浆料反复流过填充了1.2公斤氧化锆研磨球的0.6L腔体容量的试验用砂磨机按3600转/分钟的转速进行研磨，研磨时物料温度控制在30℃～35℃。研磨10个小时后，取浆料用真空微波干燥机在46℃干燥，可获得超细化、改性的氢氧化镁，其平均粒径为61纳米。

实施例4

根据上述方法，取3000目市售氢氧化镁粉体10千克，与800克30％浓度的用乙醇按稀释的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、20千克去离子水混合、搅拌成浆料。并将该浆料反复流过填充了55公斤氧化铝球的30L腔体容量的卧式砂磨机按2000转/分钟进行研磨，研磨时物料温度控制在40℃～45℃，研磨5个小时后。之后在60℃～65℃的物料温度条件下，研磨2个小时后，取浆料在80℃的烘箱中干燥48小时，可获得超细化、改性的氢氧化镁，其平均粒径为421纳米。

实施例5

根据上述方法，取1500目市售氢氧化镁粉体1000千克，与10千克20％浓度的用乙醇稀释的N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、2000千克去离子水混合、搅拌成浆料。并将该浆料反复流过填充了50公斤氧化锆球的30L腔体容量的卧式砂磨机按2500转/分钟进行研磨，研磨时物料温度控制在80℃～85℃。研磨18个小时后，取浆料用喷雾干燥设备干燥，可获得超细化、改性的氢氧化镁，其平均粒径为73纳米。

Claims (3)

1.一种纳米级改性氢氧化镁的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

将325～8000目粒径的氢氧化镁粉体、表面改性剂和溶剂按比例为1000∶1～80∶1000～5000(重量份)混合、搅拌打浆，然后，将上述浆料通过研磨设备，用直径≤0.8mm的球形介质研磨珠，填充于研磨腔体内，在填充体积比大于35％，研磨珠的最低运动速度大于10米/秒的环境下进行研磨，再将上述研磨获得的浆料，通过干燥设备，在46℃～110℃干燥条件下进行干燥，获得平均粒径分布在50～500纳米的表面经过改性的超细化氢氧化镁粉体；

其中，所述的表面改性剂是硅烷偶联剂的醇稀释液、长链有机酸中的一种；

其中，所述的溶剂为去离子水、C1～C4的醇中的一种或几种。

2.如权利要求1所述的纳米级改性氢氧化镁的制备方法，其特征在于，所述的研磨介质是球形陶瓷研磨珠中的一种。

3.如权利要求1所述的纳米级改性氢氧化镁的制备方法，其特征在于，研磨时氢氧化镁物料温度控制在40℃～90℃范围内。