CN104448941A - 氢氧化镁的改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氢氧化镁的改性方法，包括步骤：A、将氢氧化镁配成浆料，并恒温搅拌；B、向恒温的氢氧化镁浆料中添加改性剂并反应；C、步骤B得到的反应产物经抽滤、烘干、筛分，得到改性后的氢氧化镁粉体；其中，改性剂为聚丙烯酸的低聚物，其聚合度为1000～5000。经高分子改性剂改性后的氢氧化镁粉体的粘度、吸油率均较低，而过滤速率明显变快，表明改性后的氢氧化镁粉体的流动性、亲油性及过滤性均得到了改善，同时经过改性后的氢氧化镁粉体的分散性也得到了改善。该改性方法简单，易于操作，且改性条件温和，改性效率较高。

Description

氢氧化镁的改性方法

技术领域

本发明属于粉体表面改性技术领域，具体地讲，涉及一种氢氧化镁的改性方法。

背景技术

氢氧化镁作为一种环保型绿色无机添加型阻燃剂，已经成为阻燃剂发展的一个重要方向。氢氧化镁具有的较高的分解温度、良好的热稳定性、无毒、抑烟等优点使其在工业中得到了广泛应用，且发展前景广阔。氢氧化镁是一种极性很强的无机化合物，表面具有亲水性，自然沉降速率很小，经过数小时才会出现明显的分离现象。提高颗粒沉降速率，缩短沉降过程所需时间，有助于实现整个沉镁过程的精确控制和连续化操作，能够降低工业生产成本。但由于氢氧化镁在高聚物中分散性差，与高聚物表面之间相容性和加工流动性差，这些缺点导致氢氧化镁制品的力学性能急剧下降，表面甚至“起霜”、生白斑或失去光泽。目前改善氢氧化镁阻燃性能最常用的方法是对氢氧化镁进行表面改性。

氢氧化镁改性的方法可分为表面化学改性、涂覆改性、沉淀反应改性、微胶囊化改性、表面接枝法及机械化学改性等。目前氢氧化镁最常用的改性方法为表面化学改性法。氢氧化镁进行表面化学改性的关键技术包括如下四点：(1)正确选用表面化学处理剂；(2)选择合适的溶剂；(3)溶剂和处理剂用量的选择；(4)处理的设备和工艺(温度、时间)。氢氧化镁粉末通常采用干法或湿法改性。

表面改性剂从结构和特性上来划分，可分为偶联剂、表面活性剂、有机高分子和无机物。用于氢氧化镁粉体表面改性的改性剂主要是偶联剂和阴离子表面活性剂。

硬脂酸及其盐类作为一种阴离子表面活性剂，常常用来增强氢氧化镁粉体表面的亲油性，但硬脂酸类改性剂的用量一般较大。在硬脂酸改性氢氧化镁的过程中，随着硬脂酸用量的增加，氢氧化镁粉体的亲油性会逐渐增强，但当硬脂酸用量超过某一临界值后，氢氧化镁粉体的亲油性不会再随着硬脂酸使用量的增加而显著提高，达到表面饱和。

硅烷偶联剂是处理高分子使用的无机填料氢氧化镁最常用的偶联剂，氢氧化镁经过硅烷偶联剂处理后，其亲水性表面可转变成亲油性表面，这样既可避免体系中的粒子团聚，还可提高高分子基体对氢氧化镁颗粒的润湿性。但由于硅烷偶联剂的种类和型号繁多，合成较为复杂，并且国内许多偶联剂产品的质量存在纯度不高等一系列问题，故很难应用于工业化的氢氧化镁表面改性。

小分子添加剂与基体的粘合性较差，容易因挥发、溶解或摩擦而脱离基体材料。

发明内容

为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种氢氧化镁的改性方法，该改性方法以高分子改性剂聚丙烯酸的低聚物为氢氧化镁的改性剂，使其与氢氧化镁浆料反应得到改性后的氢氧化镁粉体，该改性方法操作简单，氢氧化镁表面改性效果良好。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种氢氧化镁的改性方法，其特征在于，包括步骤：A、将氢氧化镁配成浆料，并恒温搅拌；B、向所述恒温的氢氧化镁浆料中添加改性剂并反应；C、所述步骤B得到的反应产物经抽滤、烘干、过筛，得到改性后的氢氧化镁粉体；其中，所述改性剂为聚丙烯酸的低聚物，其结构式为:

式中，n为1000～5000的整数。

进一步地，在所述步骤A中，所述浆料中氢氧化镁的质量为水的质量的10％～40％。

进一步地，恒温搅拌的温度为25℃～90℃。

进一步地，搅拌速度为1000r/min～2000r/min。

进一步地，在所述步骤B中，所述改性剂的质量为所述氢氧化镁浆料的质量的0.1％～15％。

进一步地，所述恒温的氢氧化镁浆料与所述改性剂的反应时间为10min～120min。

进一步地，所述改性后的氢氧化镁粉体的粒径不大于200目。

本发明以高分子改性剂聚丙烯酸的低聚物为氢氧化镁的改性剂，通过改性剂与氢氧化镁浆料的反应，得到改性后的氢氧化镁粉体；改性后的氢氧化镁粉体的过滤性、流动性和亲油性得到了大大的改善；同时，该改性方法适用于任何形态及粒径的氢氧化镁，且改性方法简单易操作、条件温和，工业化成本较低。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的实施例的氢氧化镁的改性方法的步骤流程图；

图2是改性前的氢氧化镁粉体的扫描电镜图；

图3是根据本发明的实施例1的改性后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图；

图4是根据本发明的实施例2的改性后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图；

图5是根据本发明的实施例3的改性后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图；

图6是根据本发明的实施例4的改性后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。

实施例1

图1是根据本发明的实施例的氢氧化镁的改性方法的步骤流程图。

参照图1，根据本发明的实施例的氢氧化镁的改性方法的步骤如下所述：

在步骤110中，将氢氧化镁配成浆料，并恒温搅拌。具体地，首先配制氢氧化镁浆料，其中，氢氧化镁的质量为溶解用水的质量的15％；再将该氢氧化镁浆料置于80℃的水浴锅中进行水浴恒温搅拌，搅拌速度为1800r/min。

在步骤120中，向步骤110的氢氧化镁浆料中添加改性剂并反应。

在本实施例中，改性剂的结构式为：

式中，n为1000，但本发明并不限制于此，n为1000～5000的其他整数也可。氢氧化镁浆料与该改性剂在80℃恒温下搅拌反应1h，得到反应产物，其中，改性剂的质量为氢氧化镁浆料质量的15％。

在步骤130中，步骤120得到的反应产物经抽滤、烘干、筛分，得到改性后的氢氧化镁粉体。在本实施例中，该改性后的氢氧化镁粉体的粒径均不大于200目，即经过筛分选择200目筛以下的粉体即为改性后的氢氧化镁粉体。

对制备过程中的氢氧化镁与改性剂的反应程度进行了测试，发现改性后的氢氧化镁的活化指数为96％，即表明96％的氢氧化镁已与改性剂反应，被改性剂改性得到了改性后的氢氧化镁粉体。

为说明上述改性的效果，对改性后的氢氧化镁粉体进行了吸油率、粘度及过滤速度的测定，同时对改性后的氢氧化镁粉体进行了扫描电镜测试。

粉体材料的表面亲油性越好，越容易被有机溶剂润湿，因此吸油率常用来表征无机粉体材料表面亲油性的好坏。在相同的条件下，无机粉体材料的吸油率越小，其表面亲油性越好。吸油率测试时，选用邻苯二甲酸二丁酯作为测试的有机溶剂；具体方法为：准确称量1.000g待测粉体(105℃下烘干处理1h)置于洁净平滑的玻璃板上，用5mL的滴定管滴加邻苯二甲酸二丁酯，滴加速率为20滴/min～30滴/min，并同时用玻璃棒搅拌混合均匀。待测粉体的吸油率为恰好能将待测粉体混合成团时(全部操作应在20min～25min内完成)所消耗的邻苯二甲酸二丁酯的体积。待测样品吸油率的数值应为三次重复测试的平均值(单位为mL/100g)。

在本实施例中，经上述步骤110-130得到的改性后的氢氧化镁的吸油值为40mL/100g。

改性后的氢氧化镁粉体的粘度经测定为60Pa·s，与改性前的氢氧化镁粉体的粘度比较，相对减小了40Pa·s；粘度的大幅降低可大大改善氢氧化镁粉体的流动性和过滤性。

对500mL上述得到的改性后的氢氧化镁粉体进行了过滤性能的测试，发现500mL改性后的氢氧化镁粉体的滤液的过滤速率达到2.8mL·s^-1，与未经改性剂改性的氢氧化镁的滤液的过滤速率0.5mL·s^-1相比，提高了4.6倍。通过改性，使得氢氧化镁粉体的过滤速率大幅提高，这有助于降低工业生产成本。

图2是改性前的氢氧化镁粉体的扫描电镜图，图3是根据本发明的实施例1的改性后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图。

对比图1和图2中氢氧化镁粉体在改性前后的扫描电镜图，可以看出，经过改性的氢氧化镁粉体的分散性得到了明显的改善。

实施例2

在实施例2的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例2与实施例1的不同之处在于，在步骤110中，配制氢氧化镁浆料所用的氢氧化镁与溶解用水的质量之比为1:10；将该氢氧化镁浆料在50℃下搅拌均匀；在步骤120中，改性剂的结构式为：

式中，n为3000；改性剂的添加量为氢氧化镁浆料质量的0.1％；氢氧化镁浆料与改性剂在50℃下反应10min，经抽滤、烘干、粉碎、筛分得到改性后的氢氧化镁粉体。

在本实施例中，改性后的氢氧化镁的活化指数为92％，氢氧化镁基本得到了改性剂的改性，制备得到了改性后的氢氧化镁粉体。

经测定，改性后的氢氧化镁粉体的吸油值为80mL/100g；粘度为80Pa·s，相比于改性前的氢氧化镁粉体的100Pa·s，相对减小了20Pa·s；500mL改性后的氢氧化镁粉体的滤液的过滤速率为1.5mL·s^-1，较未经改性剂改性的氢氧化镁的滤液的过滤速率提高了2倍。经改性的氢氧化镁粉体的扫描电镜图如图4所示，对比图2和图4中改性前后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图，可以看出，经过改性后的氢氧化镁粉体的分散性得到了明显的改善。

实施例3

在实施例3的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例3与实施例1的不同之处在于，在步骤110中，将氢氧化镁溶于为其质量2.5倍的水中，配制成氢氧化镁浆料，再将该氢氧化镁浆料在25℃下搅拌均匀；在步骤120中，向25℃的氢氧化镁浆料中滴加为其质量的15％的改性剂并反应120min。其他步骤与操作均与实施例1中的保持一致，制备得到改性后的氢氧化镁粉体。

在本实施例中，改性后的氢氧化镁的活化指数为88％，氢氧化镁基本得到了改性剂的改性，制备得到了改性后的氢氧化镁粉体。

对得到的改性后的氢氧化镁粉体的吸油率、粘度及过滤速率进行了测定，在本实施例中，改性后的氢氧化镁粉体的吸油值为70mL/100g，粘度为80Pa·s，500mL改性后的氢氧化镁粉体的滤液的过滤速率为2.2mL·s^-1，较未经改性剂改性的氢氧化镁的滤液的过滤速率提高了3.4倍。

图5是根据本发明的实施例3的改性后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图。对比图2和图5中改性前后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图，可以看出，相比改性前的氢氧化镁粉体，改性后的氢氧化镁粉体的分散性得到了大大的改善。

实施例4

在实施例4的描述中，与实施例1的相同之处在此不再赘述，只描述与实施例1的不同之处。实施例4与实施例1的不同之处在于，在步骤110中，配制氢氧化镁与溶解用水质量之比为3:10的氢氧化镁浆料，并将该氢氧化镁浆料在90℃下搅拌均匀；在步骤120中，将90℃的氢氧化镁浆料与为其质量的0.1％的改性剂搅拌反应1h。其他步骤与操作均与实施例1中的保持一致，制备得到改性后的氢氧化镁粉体。

在本实施例中，改性后的氢氧化镁的活化指数为80％，即80％的氢氧化镁得到了改性剂的改性，制备得到了改性后的氢氧化镁粉体。

经测定，得到的改性后的氢氧化镁粉体的吸油值为70mL/100g，粘度为75Pa·s，500mL改性后的氢氧化镁粉体的滤液的过滤速率为1.0mL·s^-1，较未经改性剂改性的氢氧化镁的滤液的过滤速率提高了1倍。较小的吸油率值说明根据本发明的改性方法得到的改性后的氢氧化镁粉体易于被有机溶剂润湿，其亲油性较好，同时，降低的粘度说明其过滤性及流动性都得到了一定程度的改善。

图6是根据本发明的实施例4的改性后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图。对比图2和图6中改性前后的氢氧化镁粉体的扫描电镜图，可以看出，经过改性后的氢氧化镁粉体的分散性得到了明显的改善。

从实施例1-4中改性后的氢氧化镁粉体的吸油率、粘度测定可以看出，经过以聚丙烯酸的低聚物为改性剂的改性后，氢氧化镁粉体的流动性、过滤性、亲油性得到了改善。同时，500mL氢氧化镁滤液的过滤速率提升到1.0mL/s～2.8mL/s。改性后的氢氧化镁粉体经测定其活化指数可达到80％～96％，即表明该改性方法的改性效率较高，可使氢氧化镁基本得到改性。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (7)

1.一种氢氧化镁的改性方法，其特征在于，包括步骤：

A、将氢氧化镁配成浆料，并恒温搅拌；

B、向所述恒温的氢氧化镁浆料中添加改性剂并反应；

C、所述步骤B得到的反应产物经抽滤、烘干、筛分，得到改性后的氢氧化镁粉体；

其中，所述改性剂为聚丙烯酸的低聚物，其结构式为:

式中，n为1000～5000的整数。

2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，在所述浆料中，所述氢氧化镁的质量为水的质量的10％～40％。

3.根据权利要求2所述的改性方法，其特征在于，恒温搅拌的温度为25℃～90℃。

4.根据权利要求3所述的改性方法，其特征在于，搅拌速度为1000r/min～2000r/min。

5.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，在所述步骤B中，所述改性剂的质量为所述氢氧化镁浆料的质量的0.1％～15％。

6.根据权利要求5所述的改性方法，其特征在于，所述恒温的氢氧化镁浆料与所述改性剂的反应时间为10min～120min。

7.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述改性后的氢氧化镁粉体的粒径不大于200目。