CN105668596B - 模板诱导/均相沉淀制备板片状碱式碳酸镁的方法 - Google Patents

模板诱导/均相沉淀制备板片状碱式碳酸镁的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及模板诱导/均相沉淀法制备板片状碱式碳酸镁的方法，包括以下步骤：(1)将六水氯化镁配成一定浓度的溶液，逐滴滴加稀盐酸至pH＝3，加入尿素和模板剂；将混合溶液转移至反应釜中反应，陈化；(2)得到的混合溶液抽滤子；(3)沉淀物干燥，得到板片状碱式碳酸镁。本发明的有益效果在于：1、晶体直径很容易小到纳米或亚微米级；2、实现含有板片状填料的高聚物产品的生产。无论是对阻燃剂生产还是多功能高分子材料的生产都带来很大的经济利益。并且，投入使用后，板片状碱式碳酸镁的阻燃性能好，耐高温，大大减小了发生火灾的安全隐患。

Description

模板诱导/均相沉淀制备板片状碱式碳酸镁的方法
技术领域
本发明属于材料、防火技术领域，具体涉及一种模板诱导/均相沉淀法制备板片状碱式碳酸镁的方法。
背景技术
聚合物材料目前已广泛应用于交通、建筑、电工电子等领域，在国民经济建设中发挥着巨大作用。但是，绝大多数高聚物都是易燃品，它们在燃烧过程中产生的热量大、温度高，燃烧不完全生成的黑烟、释放出的有毒的腐蚀性气体给消防和救生工作带来困难。聚合物的阻燃技术，目前最直接的办法是添加阻燃剂。
碱式碳酸镁热分解耐高温，热分解生成MgO，同时放出CO2和水蒸气，不产生有毒物质，既起了稀释作用，降低了可燃性气体的浓度，又隔绝了空气，从而阻止燃烧，因此是一种绿色环保的阻燃剂。板片状的晶体形态具有低的表面极性和表面能，填充物微晶呈板片状结构时与高聚物混容性好，而且，其用量比其它晶形的填充物少，更加经济，节约成本。另外，分散的板片状填充物使得聚合物材料的机械强度大大增强，因此板片状碱式碳酸镁也是一种优良的增强补韧剂。目前，用于阻燃的方面的碱式碳酸镁晶体形态有花瓣状、球状等，但其制备方法比较繁杂，不可避免的会出现团聚现象，并且其形态很大限制了碱式碳酸镁的应用。
发明内容
本发明的目的是针对先有技术的不足，提供一种工艺简单，生产成品低的制备板片状碱式碳酸镁的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：模板诱导/均相沉淀制备板片状碱式碳酸镁的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将六水氯化镁配成一定浓度的溶液，逐滴滴加0.5mol/L的稀盐酸至pH＝3，加入尿素和模板剂，模板剂的质量为六水氯化镁的10％；将混合溶液转移至反应釜中，反应温度100℃，反应时间8～24h，陈化时间5h；
(2)将步骤(1)得到的混合溶液抽滤，并用水和乙醇洗去杂质离子；
(3)将步骤(2)得到的沉淀物在90℃下干燥4h，得到板片状碱式碳酸镁。
按上述方案，步骤(1)所述的六水氯化镁溶液的浓度为0.4～1mol/L。
按上述方案，步骤(1)所述氯化镁与尿素的摩尔比为1:2～4。
按上述方案，步骤(1)所述模板剂为四氢呋喃、二甲亚砜、乙二胺四乙酸。
本发明所涉及的化学方程式为：
尿素水解:(NH2)2CO+3H2O→2NH4 ++2OH-+CO2↑
CO2水解：CO2+H2O→CO3 2-+2H+
沉淀生成：5Mg2++CO3 2-+2OH-+4H2O→Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O
本发明的有益效果在于：1、在反应釜中，尿素发生湿化学反应，随着温度的增加，释放出羟基和碳酸根，以增加反应体系的pH值和碳酸根浓度，当pH值和碳酸根浓度达到一定值后产生过饱和形成晶核，此时温度恒定，随着羟基和碳酸根的均匀缓慢释放，结晶与释放同步，母液体系饱和度几乎不变，保持在均相体系下沉淀。晶体的长大在离子级范围内均速进行的，因此，晶体直径很容易小到纳米或亚微米级；2、有机模板通过有机/无机离子杂化作用来影响不同晶面的界面能大小，从而诱导不同晶面的生长速率，达到晶体的定向生长。与其他阻燃材料相比，无毒无污染；添加到橡胶等高分子材料中，很大程度成提高了其性能。实现含有板片状填料的高聚物产品的生产。无论是对阻燃剂生产还是多功能高分子材料的生产都带来很大的经济利益。并且，投入使用后，板片状碱式碳酸镁的阻燃性能好，耐高温，大大减小了发生火灾的安全隐患。
附图说明
图1为本发明实施例1制备出的板片状碱式碳酸镁的XRD图；
图2为实施例1板片状碱式碳酸镁的SEM照片；
图3为实施例2板片状碱式碳酸镁的SEM照片；
图4为实施例3板片状碱式碳酸镁的SEM照片。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
实施例1
1、称取2.0714g的MgCl2·6H2O(纯度为98％)，加入25ml蒸馏水溶解，逐滴滴加0.5mol/L的稀盐酸，直至pH＝3。
2、称取1.212g尿素(纯度为99％)和0.2071g四氢呋喃，溶解于上述溶液中。
3、上述所得溶液转移至反应釜，并将润洗烧杯后的少量蒸馏水也倒入反应釜。
4、反应釜密封处理后放入100℃的恒温水浴锅，反应8h，陈化5h，真空抽滤，在90℃下干燥4h后，得到板片状碱式碳酸镁。
在上述条件下所制备板片状Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O的XRD衍射谱图见图1。通过与标准PDF卡片比较，样品各峰位置及相对信号强度与标准衍射谱基本吻合，仅有Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O的衍射峰，无其他杂相，而且样品峰形尖锐，说明其结晶度高。Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O为单斜晶系，空间群为P21/c，晶格参数为 α＝β＝90°，γ＝90.25°。图2所示是所制备Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O的SEM照片，为片层结构，厚度可以达到纳米尺度。
实施例2
1、称取3.6250g的MgCl2·6H2O(纯度为98％)，加入25ml蒸馏水溶解，逐滴滴加0.5mol/L的稀盐酸，直至pH＝3；
2、称取3.1818g尿素(纯度为99％)和0.3625g二甲亚砜，溶解于上述溶液中；
3、上述所得溶液转移至反应釜，并将润洗烧杯后的少量蒸馏水也倒入反应釜；
4、反应釜密封处理后放入100℃的恒温水浴锅，反应16h，陈化5h，真空抽滤，在90℃下干燥4h后，得到板片状碱式碳酸镁。
在实例2中所得的Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O的SEM照片(图3a)与图2有明显不同，但在高倍镜下的照片(图3b)观察可以看出，晶体是由多层片状叠合而成。产生这种结果的原因很大程度是因为所加入的有机模板剂的不同，改变了不同晶面的生长速率，最终造成了晶体形态的差异。
实施例3
1、称取5.1786g的MgCl2·6H2O(纯度为98％)，加入25ml蒸馏水溶解，逐滴滴加0.5mol/L的稀盐酸，直至pH＝3；
2、称取6.0606g尿素(纯度为99％)和0.5179g乙二胺四乙酸，溶解于上述溶液中；
3、上述所得溶液转移至反应釜，并将润洗烧杯后的少量蒸馏水也倒入反应釜；
4、反应釜密封处理后放入100℃的恒温水浴锅，反应24h，陈化5h，真空抽滤，在90℃下干燥4h后，得到板片状碱式碳酸镁。
从图4所示的SEM照片可以看出，在实例3条件下所制备的板片状碱式碳酸镁，随着时间的增加，晶体生长的更加完整，晶面光滑程度有所增强。
由以上实施例可知本发明提供的方法步骤简单，板片状碱式碳酸镁可以通过模板诱导/均相沉淀法成功制备。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.模板诱导/均相沉淀制备板片状碱式碳酸镁的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将六水氯化镁配成浓度为0.4~1mol/L的溶液，逐滴滴加0.5mol/L的稀盐酸至pH=3，加入尿素和模板剂，模板剂的质量为六水氯化镁的10%；将混合溶液转移至反应釜中，反应温度100 ℃，反应时间8~24h，陈化时间5h；所述六水氯化镁与尿素的摩尔比为1:2~4；所述模板剂为四氢呋喃、二甲亚砜或乙二胺四乙酸；
（2）将步骤（1）得到的混合溶液抽滤，并用水和乙醇洗去杂质离子；
（3）将步骤（2）得到的沉淀物在90 ℃下干燥4h，得到板片状碱式碳酸镁。
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