CN108276608A - 一种碱式硫酸镁晶须的改性方法 - Google Patents

一种碱式硫酸镁晶须的改性方法 Download PDF

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刘文元
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Abstract

本发明公开了一种碱式硫酸镁晶须的改性方法。它包括以下步骤：采用去离子水和无水乙醇配制KH‑570水醇溶液、以无水乙酸调节水醇溶液的pH、密封搅拌水解、室温静置、加入晶须后密封条件下进行搅拌反应，干燥和高温活化。本发明对碱式硫酸镁晶须的改性方非常简单，不需要使用大量的有毒有机溶剂，基本不会导致环境污染，改性效果良好，改性后的碱式硫酸镁晶须疏水性好，明显得到提升，因此，应用前景十分广阔。

Description

一种碱式硫酸镁晶须的改性方法
技术领域
本发明涉及一种晶须改性方法，具体涉及一种碱式硫酸镁晶须的改性方法,属于纤维表面处理领域。
背景技术
碱式硫酸镁晶须也称作硫氧镁晶体，外观为白色粉体，显微镜下观察为单个针状或扇形晶须，主要成分为Mg(OH)2，还含有MgSO4，具有增强效果好、阻燃性能显著、价廉无污染等特点，且光学折射率为1.53，与各种树脂的折射率最为接近，对复合材料的色调调整影响很小，对抛光着色几乎没有妨碍，因此是塑料的理想填充材料之一。
但是碱式硫酸镁晶须和所有微纳粉体在实际应用过程中都存在相同的问题，即表面能高，处于热力学不稳定状态，极易发生粒子团聚，这是由于碱式硫酸镁晶须表面有大量的羟基，其之间容易形成氢键，团聚现象十分严重，此外碱式硫酸镁晶须具有很强的极性和较大的比表面积，具有很强的亲水性，与疏水性的高分子基体相容性差，造成碱式硫酸镁晶须在这些高分子基体中分散不均，界面结合力差，从而直接导致应用效果不理想。
为了提高碱式硫酸镁晶须在高分子基体的分散性和界面的结合力，一般采用一定的工艺对碱式硫酸镁晶须进行表面改性，传统的碱式硫酸镁晶须的表面改性工艺主要包括表面活性剂或偶联剂处理、高分子包覆这两种方法，这两种方法在一定程度上可以克服碱式硫酸镁晶须的团聚现象，改善碱式硫酸镁和高分子基体之间的相容性问题，但这些方法普遍存在耗时长、工艺复杂、效率低、易产生污染等问题。具体来说，主要体现在以下几个方面：(1)当采用表面活性剂或偶联剂方法处理时，一般需要60min左右的时间来进行表面活性处理，再加上抽滤、干燥等后处理，整个过程需要120～180min；而高分子包覆的方法需要的时间更长，工艺也更为复杂。(2)改性试剂要求较高：表面活性剂或偶联剂处理时要选择合适的官能团才能与碱式硫酸镁晶须的表面发生作用，高分子包覆需要含碳碳才能在碱式硫酸镁的表面聚合。(3)表面活性剂或偶联剂处理的方法和高分子包覆的方法一般都要使用较大量的溶剂，容易造成污染。
为此，中国发明CN 201610761122.1提供了一种碱式硫酸镁晶须的表面改性方法，提出了具有针对性的对策，其利用等离子设备和技术在一定程度上缓解了上述问题，但是采用干法改性碱式硫酸镁晶须同样存在改性不充分，改性后的碱式硫酸镁晶须物化性能均一性差的问题。
由此，亟需一种更为有效和简便的碱式硫酸镁晶须的改性方法。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种碱式硫酸镁晶须的改性方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种碱式硫酸镁晶须的改性方法，包括如下步骤：
(1)配制KH-570水醇溶液：以质量份计，取1～5份偶联剂KH-570，5～10份的去离子水以及85～95份无水乙醇混合；
(2)无水乙酸调节pH：向KH-570水醇溶液中加入溶液质量1～5倍的无水乙酸调节pH；
(3)密封搅拌水解：将溶液温度调节到50～80℃，放入磁子，密封搅拌水解50～100min；
(4)室温静置：在室温(25±3℃)条件下静置30～60min；
(5)加入晶须反应：向步骤(4)溶液内加入12～18份碱式硫酸镁晶须，密封后50～80℃搅拌反应1～4h；
(6)干燥：取出磁子，静置回收乙醇，将改性完的晶须进行干燥；
(7)100～150℃下活化100～150min，然后密封保存。
进一步地，步骤(1)中，偶联剂KH-570：去离子水：无水乙醇的质量比更优选为2～4：5～8：86～92，最优选为3：7：90。
进一步地，步骤(2)中，无水乙酸的用量更优选为KH-570水醇溶液的2～4倍，最优选为2倍。
进一步地，步骤(3)和步骤(5)中，密封均采用密封纸，搅拌速率均为50～200r/min。
进一步地，步骤(6)中，干燥的温度为70～100℃，时间为12～36小时。
现有工艺中常以KH-550或KH-560作为改性添加剂，而KH-570较少使用，然而本发明在实验中意外发现，对于本发明的整体工艺而言，使用KH-570进行改性明显效果更好。对此，发明人进行深入分析，认为可能的原因在于：KH-550的一端含有氨基，由于自聚合与自身分子结构的影响，很有可能在KH-550水解生成硅醇时造成氨基和羟基缩聚，导致活性点减少；而KH-560在水解过程中环氧键可能会断开，发生副反应，导致偶联效果下降。
在水解反应中始终存在逆反应即硅醇缩聚，如果水解反应温度过低，两者速率均不高，随温度上升，两者速率提升，但由于缩聚反应吸热，温度上升，平衡向左移动，不利于硅醇的量的增加。同样，在一定的pH环境、醇水溶液以及水解温度下，水解时间长短对获得的活化指数会造成不同的影响，水解时间不足会造成偶联剂第一步反应不完全，大量偶联剂仍然以硅烷形式存在，影响最终偶联剂的定量；但如果水解时间过长，偶联剂水解产物会缩合加剧，溶液极易出现白色絮状物而失去偶联活性，这均会碱式硫酸镁晶须的改性造成不利的影响。通过大量实验尝试和理论分析，我们得出，在步骤(3)的水解反应中，水解温度更优选为65～75℃，最优选为70℃；水解时间更优选为60～70min，最优选为60min；搅拌速率更优选为180～200r/min，最优选为200r/min。
水解后的偶联剂与碱式硫酸镁晶须反应温度对偶联效果影响巨大，反应温度过低，较短时间内偶联不完全，导致活化指数低；反应温度过高，可能出现偶联剂自聚反应与主反应竞争，对于改性过程造成不利影响。通过大量实验尝试和理论分析，我们得出，在步骤(5)的反应中，搅拌速率最优选为100r/min，搅拌时间最优选为3h。
活化是为了使晶须上的OH与偶联剂上以氢键结合，温度过低或时间过短会导致晶须与偶联剂化学键结合或反应不完全，温度过高或时间过长又会增加生产成本，降低生产效率。通过大量实验尝试和理论分析，我们得出，在步骤(7)的活化反应中，活化温度最优选为120℃，活化时间最优选为150min。
本发明的有益效果在于：
本发明对碱式硫酸镁晶须的改性方非常简单，不需要使用大量的有毒有机溶剂，基本不会导致环境污染，改性效果良好，改性后的碱式硫酸镁晶须疏水性好，明显得到提升，因此，应用前景十分广阔。
附图说明
图1是本发明方法的工艺流程框图。
图2是改性前的碱式硫酸镁的SEM图。
图3为实施例1所得改性碱式硫酸镁的SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细完整地说明，但本发明并不限于此。
本发明方法的工艺流程框图如图1所示，具体实施例如下，值得说明的是，以下实施例或对比例中的份均为质量份。
实施例1
本发明碱式硫酸镁晶须的改性方法，包括如下步骤：
1.配制KH-570水醇溶液：取3份偶联剂KH-570，7的去离子水以及90份无水乙醇混合；
2.无水乙酸调节pH：向KH-570水醇溶液中加入溶液质量2倍的无水乙酸调节pH至2～3；
3.密封搅拌水解：将溶液温度调节到75℃，放入磁子，密封纸密封以200r/min的固定搅拌速率搅拌60min；
4.室温静置：在室温(25±3℃)条件下静置30min；
5.加入晶须：向上述所得溶液内加入15份碱式硫酸镁晶须；
6.密封反应搅拌：将溶液温度调节到75℃，用密封纸密封并以100r/min的速率搅拌3hrs；
7.干燥：取出磁子，静置回收乙醇，将改性完的晶须放入干燥箱中80℃干燥24h；
8.150℃高温活化150min，取出密封保存。
实施例2
其它步骤均同于实施例1，不同的是：步骤3的水解温度为50℃。
实施例3
其它步骤均同于实施例1，不同的是：步骤5的反应温度为50℃。
对比例1
其它步骤均同于实施例1，不同的是：步骤3的水解温度为25℃。
对比例2
其它步骤均同于实施例1，不同的是：步骤5的反应温度为25℃。
对比例3
其它步骤均同于实施例1，不同的是：步骤8的活化时间为30min。
对比例4
其它步骤均同于实施例1，不同的是：步骤8的活化时间为90min。
对比例5
其它步骤均同于实施例1，不同的是：步骤3的水解时间为180min。
对比例6
其它步骤均同于实施例1，不同的是：步骤3的水解时间为300min。
对上述各实施例和对比例所得产品进行亲油指数测定，结果如表1所示。
表1改性工艺及亲油指数结果
由表1可得，当KH-570在水醇溶液中的质量分数为3％，调节pH的乙酸添加量为水醇溶液质量的2倍，反应搅速100r/min，反应时间3h、水解温度75℃、反应温度75℃、活化时间150min、水解时间60min时，所得改性碱式硫酸镁晶须的亲油度最高，使用过程中疏水性最好，采用本发明的改性方法对碱式硫酸镁晶须进行改性，方法简便有效，改性后的碱式硫酸镁晶须疏水性好，改性效果良好，因此，应用前景十分广阔。
上述内容仅为本发明的具体实施例的列举，对于其中未详尽描述的部分，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。
同时本发明上述实施例仅为说明本发明技术方案之用，仅为本发明技术方案的列举，并不用于限制本发明的技术方案及其保护范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)配制KH-570水醇溶液：以质量份计，取1～5份偶联剂KH-570，5～10份的去离子水以及85～95份无水乙醇混合；
(2)无水乙酸调节pH：向KH-570水醇溶液中加入溶液质量1～10倍的无水乙酸调节pH；
(3)密封搅拌水解：将溶液温度调节到50～80℃，放入磁子，密封搅拌水解50～100min；
(4)室温静置：在室温条件下静置30～60min；
(5)加入晶须反应：向步骤(4)溶液内加入12～18份碱式硫酸镁晶须，密封后50～80℃搅拌反应1～4h；
(6)干燥：取出磁子，静置回收乙醇，将改性完的晶须进行干燥；
(7)100～150℃下活化100～150min，然后密封保存。
2.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，步骤(1)中，偶联剂KH-570：去离子水：无水乙醇的质量比为2～4：5～8：86～92。
3.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，步骤(1)中，偶联剂KH-570：去离子水：无水乙醇的质量比为3：7：90。
4.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，步骤(2)中，无水乙酸的用量为KH-570水醇溶液的2～4倍。
5.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，步骤(2)中，无水乙酸的用量为KH-570水醇溶液的2倍。
6.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，步骤(3)和步骤(5)中，密封均采用密封纸，搅拌速率均为50～200r/min。
7.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，在步骤(3)的水解反应中，水解温度为65～75℃；水解时间为60～70min；搅拌速率为180～200r/min。
8.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，步骤(5)中，搅拌速率为100r/min，搅拌时间为3h。
9.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，步骤(6)中，干燥的温度为70～100℃，时间为12～36小时。
10.根据权利要求1所述的碱式硫酸镁晶须的改性方法，其特征在于，步骤(7)中，活化温度为120℃，活化时间为150min。
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