KR0184146B1 - 수산화마그네슘 미립자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수산화마그네슘 미립자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 합성된 입자의 과다한 응집을 막을 수 있고, 반응시간을 줄여 에너지 소모량을 줄일 수 있는 수산화마그네슘 미립자의 제조방법에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 제조방법은 10-50℃ 사이의 제1반응온도에서 마그네슘 염 용액에 알카리 용액을 투입하여 pH 9-11 범위의 수산화마그네슘 슬러리를 얻는 제1공정과, 상기 수산화마그네슘 슬러리를 70-100℃ 사이의 제2반응온도로 유지하면서 다수 회 마그네슘 염을 투입하여 수산화마그네슘 입자의 합성과 동시에 결정 성장시키는 제2공정으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 경우 본 발명의 제조방법에서는 저온 반응 공법을 채용하고 있으므로 종래에 비하여 에너지 소모량이적고, 반응 시간도 상당히 단축되었다. 또한 반응시에 수산화마그네슘 입자가 과다 응집되는 것을 반응 시간과 투입량을 조절함에 의해 억제하여 입자 형상이 모서리가 라운드진 육각판상의 형상이 되게 하였다. 그결과 폴리올레핀 수지와 상용성이 좋고 기계적 물성 및 난연 특성이 우수한 난연제용 수산화마그네슘 입자를 제조할 수 있다.

Description

수산화마그네슘 미립자의 제조방법

본 발명은 수산화마그네슘 미립자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 합성된 입자의, 과다한 응집을 막을 수 있고, 반응시간을 줄여 에너지 소모량을 줄일 수 있는 수산화마그네슘 미립자의 제조방법에 관한 것이다.

수산화마그네슘은 각종 분야에 다용도로 쓰이고 있지만, 특히 열가연성 수지의 난연 기능 충진제로서의 용도가 중요하다. 기존의 난연제는 할로겐계 또는 인산에스테르계로서 연소시 독성의 가스가 배출되며, 난연 상승 보조제인 삼산안티몬 역시 매우 유독하여 규제의 대상이 되고 있다.

이와 반면에 수산화마그네슘은 연소시 수증기를 발생하여 난연 특성을 나타냄과 동시에 금속 산화막을 형성하여 화염으로부터 내부를 보호할 수 있다.

종래의 수산화마그네슘 입자를 제조하는 방법은 제조시에 상당한 정도의 미립자가 합성되어 응집이 과다하게 발생하게 되며, 이것은 그후 수지에 배합되었을 때 분산성을 저하시키게 되어 기계적 강도를 물론 난연 특성을 상당히 떨어지게 하는 원인이 된다.

더욱이 상기 방법에서는 에너지 소모량은 많지 않으나, 반응시간이 길고 합성된 입자의 응집이 과다하게 발생하는 문제점이 있었다.

한편 이러한 종래의 문제점을 개선하기 위해 입자를 고온에서 수열처리하여 성장시키는 방법이 제안되었다.

상기한 종래의 고온/고압 성장에 의한 수산화마그네슘의 제조방법은 먼저 산화마그네슘(마그네시아)을 일정 농도의 유기산 암모늄 수용액에 투입하여 수화 반응시킨다. 그후 저온에서 합성돈 수산화마그네슘 입자를 마그네슘 수용액에 투입하여 고온, 고압하에서 결정을 성장시킨다.

이러한 고온/고압 성장에 의한 수산화마그네슘의 제조방법은 고온, 고압의 반응기가 필요하여 대량 생산시 반응기 용량의 한계가 생기게 되며, 이 경우에는 소요되는 에너지 소모량 또한 상당한 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 합성된 입자의 과다한 응집을 막을 수 있고, 반응시간을 줄여 에너지 소모량을 줄일 수 있는 수산화마그네슘 미립자의 제조방법을 제공하는데 있다.

제1도는 본 발명의 제조방법에 따른 실험예1에서 얻어진 수산화마그네슘 미립자의 주사전자 현미경 사진,

제2도는 본 발명의 제조방법에 따른 실험예2에서 얻어진 수산화마그네슘 미립자의 주사전자 현미경 사진이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 10-50℃ 사이의 제1반응온도에서 마그네슘 염 용액에 알카리 용액을 투입하여 pH 9-11 범위의 수산화 마그네슘 슬러리를 얻는 제1공정과, 상기 수산화마그네슘 슬러리를 70-100℃ 사이의 제2 반응온도로 유지하면서 다수 회 마그네슘 염을 투입하여 수산화마그네슘 입자의 합성과 동시에 결정 성장시키는 제2공정으로 구성되는 것을 특징으로하는 수산화마그네슘 미립자의 제조방법을 제공한다.

또한 상기 제1공정에서 알카리 용액의 투입 속도는 마그네슘 염 수용액 1L에 대해 분당 10-50㎖ 사아의 투입량으로 이루어지며, 상기 제2공정에서 재투입 마그네슘 염의 투입량은 처음 투입된 양의 30-80 중량％ 사이로 2-5 시간 마다 이루어진다.

상기 마그네슘 염은 염화마그네슘, 질화마그네슘, 초산마그네슘 및 황화마그네슘 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지며, 상기 알카리 용액은 암모니아, 가성소다 및 소석회 중의 어느 하나로 이루어진다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따른 수산화마그네슘 미립자의 제조방법은 크게 마그네슘 염 용액에 알카리 용액을 투입하여 산화마그네슘 슬러리를 얻는 제1공정과, 제1공정에서 얻어진 슬러리에 마그네슘 염을 투입하여 수산화마그네슘 입자를 합성함과 동시에 마그네슘 염을 일정량 반복 투입하여 입자를 성장시키는 제2공정으로 되어 있다.

이 경우 본 발명에서는 산화마그네슘 슬러리를 형성할 때 과다한 응집이 발생하는 것을 막기 위하여 보온 반응기의 반응 온도를 50℃ 이하의 저온에서 진행하며, 알카리 용액의 투입량 또한 미립자의 과다 생성을 막기 위하여 분당 50㎖ 이하로 설정하였고, 입자의 합성/성장시에는 입자의 형상 및 입도가 규칙적으로 이루어질 수 있는 온도로 반응 온도를 설정한 상태에서 다수회 소정시간 및 소정의 투입량으로 마그네슘 염을 투입하여 수산화마그네슘 입자를 합성함과 동시에 결정을 성장시켜, BET 비표면적이 10㎡/g 이하, 800Å 이상의 결정 두께면을 갖는 수산화마그네슘 케이크(Cake)를 얻을 수 있었다.

이 경우 본 발명의 제조방법에서는 저온 반응 공법을 채용하고 있으므로 종래에 비하여 에너지 소모량이 적고, 반응 시간도 상당히 단축되었다. 또한 반응시에 수산화마그네슘 입자가 과다 응집되는 것을 반응 시간과 투입량을 조절함에 의해 억제하여 입자 형상이 모서리가 라운드진 육각판상의 형상이 되게 하였다. 그 결과 폴리올레핀 수지와 상용성이 좋고 기계적 물성 및 난연 특성이 우수한 난연제용 수산화마그네슘 입자를 제조할 수 있다.

이하에 본 발명에 따른 수산화마그네슘 입자의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.

[제1공정]

합성에 사용되는 마그네슘 염의 종류는 염화마그네슘, 질화마그네슘, 초산마그네슘, 황화마그네슘 등이다. 이 마그네슘 염을 이온수에 용해시켜 일정 온도로 유지된 보온 반응기에 넣는다. 이때 반응 온도는 10-50℃ 범위로 진행되어야 하는데, 만약 반응 온도가 50℃를 넘으면 응집이 과다하게 발생되며, 10℃ 이하의 온도에서는 경제적인 반응 속도를 얻을 수 없기 때문이며, 이중에서 특히 10-30℃사이의 온도에서 반응시키는 것이 더욱 바람직하다.

그후 일정 온도로 유지되고 있는 마그네슘 염 수용액을 교반하면서 알카리 용액을 일정시간 동안 연속적으로 투입한다. 사용되는 알카리 용액의 종류는 암모니아, 가성소다, 소석회 등을 사용할 수 있다.

이때 알카리 용액의 투입 속도는 마그네슘 염 수용액 1 L에 대해 분당 10-50㎖ 로 조절하여 사용하나, 분당 20-30㎖ 정도의 투입량을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 분당 투입량은 10㎖ 이하이면 생산성이 떨어질 뿐 아니라, 입자의 형상이 불규칙하게 얻어지며, 50㎖ 이상으로 되면 미립자의 생성이 과다하게 발생한다.

알카리 용액의 투입을 완료하여 슬러리 용액의 pH를 9-11 범위로 조절한다. 이 경우 Ph가 9보다 낮으면, 생산량이 감소되며, 11 이상이면 제1공정에서 합성되는 입자의 응집이 과다하여 제2공정에서 성장을 시키더라도 두께면이 성장된 입자를 얻을 수 없다. 상기 pH의 조정을 실행한 후 약 30분 정도의 유지 시간을 갖는다.

[제2공정]

상기 제1공정에서 만들어진 슬러리의 온도를 70-100℃의 2차 반응 온도로 상승시켜 수열 처리를 진행한다. 이때 반응 온도가 70℃ 미만이면 입자의 결정성이 떨어지게 되며, 100℃ 이상으로 되면 슬러리 용액이 끓게 되어 입자의 형상 및 입도가 불규칙하게 된다.

반응 온도가 상기 2차 반응 온도로 설정되어 일정시간 경과하면 처음 투입된 마그네슘 염에 대하여 30-80 중량％의 마그네슘 염을 재 투입한다(제1투입). 이 경우 제2공정에서 재 투입되는 양은 처음 투입된 량의 30-80 중량％로 제한되는데, 만일 투입되는 양이 30 중량％ 보다 미만이면 결정 성장이 원하는 정도에 미치지 못하며, 80 중량％를 넘으면 투입된 마그네슘 염이 입자 성장과 입자 합성에 기여하게 되어 입자의 크기가 불균일하게 되고 입자의 형상 역시 불규칙하게 된다.

이와 같은 마그네슘 염의 투입 과정을 일정 시간 간격을 두고 반복하여 재 투입한다. 이 경우 투입 횟수는 1회에서 5회 범위까지 할 수 있으나, 3회 투입시가 입도면에서 가장 좋다. 또한 투입시기는 반응 온도로 설정된 시간부터 시작하여 2-5시간 마다 투입하는 것이 적당하다. 이때 재 투입 시간은 반응 시작 후 2-5시간이 가장 좋은데, 만일 2시간 이내에 투입되면 입자 성장보다는 입자 합성에 기여하게 되어 원하는 입자를 얻을 수 없고, 5시간 경과후 투입하면 반응시간이 길어져 생산 효율이 저하된다.

상기와 같은 제1 및 제2공정이 종료되어 얻어진 슬러리를 감압 여과하여 이온수로 세정한다. 이때 세정액은 60℃로 가열하여 사용하며, 사용량은 여과된 수산화마그네슘 케이크 대비로 5-10 배에 해당하는 양을 사용한다. 이렇게 얻은 케이크를 진공 건조기를 사용하여 건조시킨다.

이와 같이 얻어진 수산화마그네슘 입자는 BET 비표면적이 10 ㎡/g 이하이며, 800Å 이상의 결정 두께면을 갖는다.

[실시예]

이하에 실시예를 참고하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

[실험예 1]

1.35 몰이 염화마그네슘 용액 1L를 제조하여, 15℃로 유지된 반응기에 넣고 5몰의 암모니아 수용액 486㎖를 분당 20㎖씩 투입한 후, 30분 동안 유지하였다. 이때 pH는 9.95이었다. 그후 제1공정에서 얻은 슬러리 용액을 7시간 동안 85℃로 가온시켜 수열 처리하였다. 제2공정이 종료된 후 pH는 8.40이었다. 이렇게 얻어진 수산화마그네슘 슬러리를 감압 여과한 후 60℃의 이온수로 3회 세정하여 진공 건조기에서 건조하였다. 그후 상기 실험에 따라 결정 성장된 수산화마그네슘 입자의 표면을 찍은 주사전자 현미경으로 사진 (배율 : 3500배)은 제1도에 도시된 바와 같다.

[실험예 2]

실험예 2에서는 실험예 1과 동일한 조건으로 제1공정을 진행하여 얻은 슬러리에 제2공정 중 반응 시작 2시간 후 최초 투입된 염화마그네슘 양이 50 중량％를 투입하였다(제1투입). 2시간 반응을 진행한 후, 제1투입된 염화마그네슘 양의 50 중량％를 투입(제2투입)하였으며, 다시 2시간 경과 후 제2투입 양의 50 중량％의 염화마그네슘을 투입하였다. 제2공정의 반응 시간은 7시간으로 하였다. 제2공정을 진행한 후 슬러리의 pH는 8.69이었다.

반응 종료 후 실험예1과 동일하게 처리하여 얻은 수산화마그네슘 입자의 주사전자 현미경 사진(배율 : 3500배)은 제2도와 같다.

상기한 현미경 사진으로부터 알 수 있는 바와 같이 수산화마그네슘 입자 응집 발생이 상당히 억제되며 육각판상구조의 모서리가 라운드 형상을 갖는 결정 성장이 이루어진 것을 알 수 있다.

따라서 상기한 바와 같이 수산화마그네슘이 모서리가 라운드진 형상의 입자로 얻어진 경우 폴리올레핀 수지와 상용성이 좋아지게 되며, 수지에 배합되었을 때 분산 특성이 뛰어난 육각 판상 구조를 갖는다.

본 발명의 제조방법에서는 저온 반응 공법을 채용하고 있으므로 종래에 비하여 에너지 소모량이 적고, 반응 시간도 상당히 단축되었다. 또한 반응시에 수산화마그네슘 입자가 과다 응집되는 것을 반응 시간과 투입량을 조절함에 의해 억제하여 입자 형상이 구에 가까운 형상이 되게 하였다. 그 결과 폴리올레핀 수지와 같은 열가연성 수지와 상용성이 좋고 기계적 물성 및 난연 특성이 우수한 난연제용 수산화마그네슘 입자를 제조할 수 있었다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를들어 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (4)

10-50℃ 사이의 제1 반응온도에서 마그네슘 염 용액에 알카리 용액을 투입하여 pH 9-11 범위의 수산화마그네슘 슬러리를 얻는 제1공정과, 상기 수산화마그네슘 슬러리를 70-100℃ 사이의 제2반응온도로 유지하면서 다수 회 마그네슘 염을 투입하여 수산화마그네슘 입자의 합성과 동시에 결정 성장시키는 제2공정으로 구성되는 것을 특징으로하는 수산화마그네슘 미립자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 제1고정에서 알카리 용액의 투입 속도는 마그네슘 염 수용액 1L에 대해 분당 10-50㎖ 사이의 투입량으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수산화마그네슘 미립자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 제2공정에서 재투입 마그네슘 염의 투입량은 처음 투입된 양의, 30-80 중량％ 사이로 2-5시간 마다 이루어지는 것을 특징으로하는 수산화마그네슘 미립자의 제조방법.

제1항에 있어서, 상기 마그네슘 염은 염화마그네슘, 질화마그네슘, 초산마그네슘 및 황화마그네슘 중에서 선택된 어느 하나로 이루어지며, 상기 알카리 용액은 암모니아, 가성소다 및 소석회 중의 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로하는 수산화마그네슘 미립자의 제조방법.