CN107758706A - 一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法 - Google Patents

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Abstract

一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法,涉及一种制备阻燃剂的工艺方法，本发明以轻烧粉为原料，与铵盐（氯化铵、硝酸铵、碳酸铵、醋酸铵）溶液混合，进行蒸氨反应，制得镁盐溶液，再经过除杂得到镁盐精制液，使之在带搅拌的鼓泡式反应器内与通入的氨气反应，控制氨气流量、搅拌速率及反应温度。反应液经恒温陈化、过滤洗涤及干燥处理后得到四方块状（六面体结构）氢氧化镁粉体。滤液中的铵盐可通过蒸氨反应制备沉镁过程中使用的氨气，从而实现氨的循环。本发明不添加助剂常温一步法合成氢氧化镁阻燃剂，产品质量好，无需水热处理，操作步骤简单，设备占地少，生产成本低，污染物排放量小，适宜于规模生产。

Description

一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法
技术领域
本发明涉及一种制备阻燃剂工艺方法，特别是涉及一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法。
背景技术
随着高分子材料生产的快速发展和广泛应用，其易燃性也日益引起人们的关注。为解决高分子材料的阻燃和抑烟问题，人们开发出卤系、磷系以及金属无机阻燃剂等阻燃剂产品。虽然卤系、磷系阻燃剂的阻燃效果好，但在燃烧时会产生有毒和腐蚀性气体，因此其应用越来越受到限制。氢氧化镁(MH)作为一种“绿色环保”型无机阻燃剂，具有不挥发、不腐蚀、不产生有毒气体，分解温度高，抑烟能力强等优点，在国内外得到迅速发展和普遍重视，并大规模用于电线、电缆、聚氯乙烯、聚苯乙烯等高分子材料的阻燃。
然而，普通型氢氧化镁作为阻燃剂还有诸多缺点：与高聚物相容性差，大量添加在基质材料中易使其加工性能和产品质量降低。为改善其性能，氢氧化镁粉体的超细化、晶型均一化、颗粒粒径分布均匀化是主要发展方向。目前国内外所报道的氢氧化镁阻燃剂制备工艺虽然在不断改进，但仍没有摆脱常温合成、水热处理、表面改性三步法工艺。尚存在流程较长、温度和压力较高、产品产量小、生产成本高等缺点。本发明就是针对传统工艺存在的不足，而提出一种更为合理的工艺方法，从而解决工艺流程复杂、能耗高、产品颗粒粒径大、粒度分布不均匀、晶型不均一等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，本发明分别以轻烧粉、铵盐为原料、氨气为反应物料，通过在鼓泡反应器内将氨气直接通入制备的镁盐精制液进行反应，在不使用表面活性剂的条件下常温一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂的方法。采用该法生产成本低、过程实现容易、产品质量高；同时通过蒸氨过程可从沉镁滤液获取反应物料氨气，以使反应物料氨循环使用，达到降低成本、减少污染物排放的作用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，所述方法以轻烧粉为原料，与铵盐溶液混合，进行蒸氨反应，制得镁盐溶液，再经过除杂得到镁盐精制液；将以上溶液加入到鼓泡式反应器中并加热、沉淀剂氨气则以鼓泡形式通入到该反应液中，控制反应条件反应后，反应液经反应、陈化及过滤洗涤和干燥处理得到四方块状或六面体结构氢氧化镁粉体，滤液中的铵盐通过蒸氨反应以回收氨气用于前一步的镁沉淀反应。
所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，所述制备四方块状氢氧化镁颗粒产品，将蒸氨反应制取液进行除杂，进一步除去可溶性杂质，使得制备的氢氧化镁产品形貌规整、大小分布均匀。
所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，所述制备四方块状氢氧化镁颗粒产品，是反应物氨气直接以鼓泡的方式进入反应体系与镁盐精制液反应，沉淀出氢氧化镁产品。
所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，所述制备四方块状氢氧化镁颗粒产品，是蒸氨反应温度为70～130 ℃，反应时间为1～5 h；沉镁反应温度为30～200℃，镁盐精制液浓度为0.5～4 mol/L，反应时间为2～8h。
所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，所述制备的氢氧化镁产品颗粒为边长相近的四方块状或六面体结构，产品用作高分子材料的阻燃添加剂。
所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，所述制备的氢氧化镁产品颗粒粒度，激光粒度分布仪测试平均颗粒径D50为0.25～2.5μm；产品颗粒分散性好，XRD测试I001/I101为0.75～1.5。
所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，所述过滤出氢氧化镁产品后的滤液中的铵盐进一步用于蒸氨反应以实现整个过程的氨循环利用。
本发明的优点与效果是：
1．采用氨气为反应物料，反应后产物母液过滤、洗涤均容易,氢氧化镁产品纯度很高。
2．采用鼓泡床反应器，氨气通过鼓泡方式直接通入镁盐溶液，从而优化反应体系宏观及微观混合效果。
3．所制得产品呈四方块状（六面体结构），颗粒晶型饱满、均一且分散性好，比表面积小于同粒径的六方片状颗粒（八面体结构）。产品颗粒粒度均匀（分布范围窄），平均粒径D50小于1.0μm，最大颗粒径小于5.0μm。
4．反应在较温和的温度（低于100℃）和压力（基本为常压）条件下一步完成，无需水热处理、不需要使用起调节产品晶型作用的助剂（如表面改性剂），操作步骤简单，所需设备容易实现且占地面积少，并能够很好的控制粉体粒径分布及晶型。在反应过程中不使用表面改性剂，从而降低生产成本及外界环境污染。
5．利用蒸氨过程可从产品滤液回收氨气实现氨循环，进一步提高了该工艺的经济效益，减少污染物排放。
6．本发明开发的工艺能够一步法合成高质量阻燃剂型MH产品，操作步骤简单，所需设备及占地面积少，设备投资及生产费用低，污染物排放量少，适宜于规模生产。
附图说明
图1a为氢氧化镁粉体颗粒四方块形状示意图；
图1b为氢氧化镁粉体颗粒六方片形状示意图；
图2a为本发明氢氧化镁产品颗粒表征SEM照片（放大1500倍）；
图2b为本发明氢氧化镁产品颗粒表征SEM照片（放大10000倍）；
图3为粒度分布曲线图；
图4为XRD图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例一
配置2.0mol/L的硫酸镁溶液，取该溶液500mL加入容积为2000mL的鼓泡式反应器中，搅拌反应器内溶液并控制其温度于70℃，将氨气以鼓泡形式直接通入反应液进行沉镁反应，氨气流量为0.20g/min, 70℃恒温反应2h反应液pH值为9.5左右，得到氢氧化镁与铵盐的乳白色悬浊液。产物溶液70℃恒温陈化2h，真空抽滤陈化后产物液，滤饼用去离子水洗涤3次后在80℃条件下真空干燥12h，得到结晶程度很好的松散性四方块状微细氢氧化镁粉体。滤液返回蒸氨装置，并补充适量镁源，循环操作。
实施例二
以轻烧粉、铵盐为原料制备物质的量浓度约为4.0mol/L的醋酸镁溶液，取该溶液500mL加入容积为2000mL的鼓泡式反应器中，搅拌反应器内溶液并控制其温度于90℃，将氨气以鼓泡形式直接通入反应液进行沉镁反应，氨气流量为500mL/min, 90℃恒温反应3h反应液pH值为9.5左右，得到氢氧化镁与铵盐的乳白色悬浊液。产物溶液70℃恒温陈化1h，真空抽滤陈化后产物液，滤饼用去离子水洗涤3次后在80℃条件下真空干燥12h，得到结晶程度很好的松散性四方块状微细氢氧化镁粉体，颗粒平均直径D50约为0.7μm，最大粒径（二次颗粒）小于5.0μm。

Claims (7)

1.一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，其特征在于，所述方法以轻烧粉为原料，与铵盐溶液混合，进行蒸氨反应，制得镁盐溶液，再经过除杂得到镁盐精制液；将以上溶液加入到鼓泡式反应器中并加热、沉淀剂氨气则以鼓泡形式通入到该反应液中，控制反应条件反应后，反应液经反应、陈化及过滤洗涤和干燥处理得到四方块状或六面体结构氢氧化镁粉体，滤液中的铵盐通过蒸氨反应以回收氨气用于前一步的镁沉淀反应。
2.根据权利要求1所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，其特征在于，所述制备四方块状氢氧化镁颗粒产品，将蒸氨反应制取液进行除杂，进一步除去可溶性杂质，使得制备的氢氧化镁产品形貌规整、大小分布均匀。
3.根据权利要求1所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，其特征在于，所述制备四方块状氢氧化镁颗粒产品，是反应物氨气直接以鼓泡的方式进入反应体系与镁盐精制液反应，沉淀出氢氧化镁产品。
4.根据权利要求1所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，其特征在于，所述制备四方块状氢氧化镁颗粒产品，是蒸氨反应温度为70～130 ℃，反应时间为1～5 h；沉镁反应温度为30～200 ℃，镁盐精制液浓度为0.5～4 mol/L，反应时间为2～8h。
5.根据权利要求1所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，其特征在于，所述制备的氢氧化镁产品颗粒为边长相近的四方块状或六面体结构，产品用作高分子材料的阻燃添加剂。
6.根据权利要求1所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，其特征在于，所述制备的氢氧化镁产品颗粒粒度，激光粒度分布仪测试平均颗粒径D50为0.25～2.5μm；产品颗粒分散性好，XRD测试I001/I101为0.75～1.5。
7.根据权利要求1所述的一步法制备四方块状氢氧化镁阻燃剂工艺方法，其特征在于，所述过滤出氢氧化镁产品后的滤液中的铵盐进一步用于蒸氨反应以实现整个过程的氨循环利用。
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