專利名稱：高分散氫氧化鎂納米片的襯底雙注－水熱改性制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利涉及一種制備高分散氫氧化鎂納米片的新工藝，屬于無機(jī)化工工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)是鎂資源大國(guó)，菱鎂礦及鹽湖鎂資源均十分豐富，但鎂鹽的研究與開發(fā)尚處于起步階段，市售或出口產(chǎn)品均以廉價(jià)初級(jí)產(chǎn)品(如硫酸鎂、碳酸鎂、普通氧化鎂、普通氫氧化鎂)居多，而附加值高、技術(shù)含量大、市場(chǎng)需求增長(zhǎng)較快的先進(jìn)鎂鹽功能材料(如高分散納米鎂鹽材料、鎂鹽晶須等)大多尚處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，限制了鎂資源的高度利用。
氫氧化鎂作為一種基礎(chǔ)無機(jī)化工原料，已在食品、脫硫及廢水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。近年來，阻燃型氫氧化鎂的研究與開發(fā)日益受到重視，這是因?yàn)闅溲趸V是一種性能十分優(yōu)越的綠色阻燃材料，具有無毒、無害、阻燃、抑煙的功效，是電線電纜行業(yè)的首選阻燃材料。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用較易分散的微細(xì)氫氧化鎂作為阻燃材料，多從以色列死海溴集團(tuán)等國(guó)外企業(yè)進(jìn)口(進(jìn)口價(jià)為18,000元/噸左右)。我國(guó)目前自行生產(chǎn)的氫氧化鎂由于存在形貌不規(guī)則、分散性能欠佳等問題，大多只能作為普通填料，無法用于阻燃行業(yè)。
與微細(xì)氫氧化鎂比較，納米氫氧化鎂用作阻燃劑時(shí)，既具有優(yōu)良的阻燃效果，還可顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，使材料保持較高強(qiáng)度、硬度和柔韌性(張?zhí)锪郑钤俜?，納米氫氧化鎂補(bǔ)強(qiáng)阻燃聚氨酯，彈性體，2004，14(5)16-19；張琦，胡偉康，田明，張鵬，童玉清，張立群，納米氫氧化鎂/橡膠復(fù)合材料的性能研究，橡膠工業(yè)，2004，5114-19)。納米氫氧化鎂的制備方法很多，如直接沉淀法(林慧博，印萬忠，南黎，韓躍新，納米氫氧化鎂制備技術(shù)研究，有色礦冶，2003，19(1)33-36；胡章文，楊保俊，單承湘，納米氫氧化鎂的制備與結(jié)構(gòu)表征，輕金屬，2004，739-42；王杰，宋錫瑾，納米級(jí)氫氧化鎂制備方法，CN1513761A，2004)、均勻沉淀法(張近，均勻沉淀法制備納米氧化鎂的研究，功能材料，1999，2193-194)、超重力法(宋云華，陳建銘，劉立華，郭奮，超重力技術(shù)制備納米氫氧化鎂阻燃劑的應(yīng)用研究，化工礦物與加工，2004，519-23)等。直接沉淀法是向含有Mg2+的溶液中加入無機(jī)堿，使氫氧化鎂沉淀析出，該法特點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行；均勻沉淀法是利用水解反應(yīng)(如醇鹽水解、尿素水解等)使溶液中的構(gòu)晶離子緩慢析出，該法制得的產(chǎn)品純度高，粒度分布均勻，但收率較低；超重力法生成的顆粒細(xì)小，但固液分離困難、過程能耗較大。上述方法的共同缺點(diǎn)是無法控制氫氧化鎂的形貌和分散性，產(chǎn)物往往呈不規(guī)則團(tuán)聚狀，使材料的納米特性無法正常發(fā)揮。對(duì)常規(guī)團(tuán)聚產(chǎn)物進(jìn)行水熱改性(向蘭，金永成，魏飛，金涌，高分散片狀氫氧化鎂的制備方法，CN 1401574A，2003；李志強(qiáng)，吳慶流，向蘭，魏飛，水熱改性條件對(duì)制備氫氧化鎂阻燃劑中試研究的影響，化工學(xué)報(bào)，2005，56(7)1349-1354)或共沸蒸餾(戴焰林，洪玲，施利毅，沉淀-共沸蒸餾法制備納米Mg(OH)2，上海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，9(5)402-409)可在一定程度上改善產(chǎn)品的形貌或分散性，但前者主要適用于粒徑較大的微細(xì)氫氧化鎂體系，對(duì)納米氫氧化鎂效果欠佳，團(tuán)聚粒徑大于2μm以上(李志強(qiáng)，吳慶流，向蘭，魏飛，水熱改性條件對(duì)制備氫氧化鎂阻燃劑中試研究的影響，化工學(xué)報(bào)，2005，56(7)1349-1354)，后者成本較高且共沸溶劑易對(duì)環(huán)境造成污染，難以工業(yè)推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述缺點(diǎn)，提供一種高分散氫氧化鎂納米片的制備新方法。該方法工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、無環(huán)境污染，由此制得的產(chǎn)品形貌規(guī)則、粒徑均一、分散良好。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種高分散氫氧化鎂納米片的襯底雙注-水熱改性制備方法，其特征在于該制備方法以無機(jī)鎂鹽為原料，無機(jī)堿為沉淀劑，無機(jī)氯鹽為襯底溶液，采用襯底雙注-水熱改性法改善產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，由此制備高分散氫氧化鎂納米片，具體步驟如下1)配制濃度為0.5～5摩爾/升的無機(jī)鎂鹽溶液及無機(jī)堿溶液，在10～80℃及攪拌條件下，以1～10毫升/分的速度將上述鎂鹽和堿溶液同時(shí)加入0.5-5mol/L無機(jī)氯鹽溶液，控制鎂鹽、堿、氯鹽的摩爾比為1∶1-3∶1-3，加料完畢后繼續(xù)反應(yīng)0.5-2小時(shí)，得到白色乳狀漿液；2)將上述漿液加入水熱反應(yīng)器，在100-250℃恒溫?cái)嚢?～6小時(shí)進(jìn)行水熱處理；3)將水熱處理后的漿料冷卻、過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到平均厚度10-50nm、平均直徑30-300nm、團(tuán)聚粒徑100-600nm、純度大于98％的形貌規(guī)則、分散良好的氫氧化鎂納米片。
在本發(fā)明中，所述的無機(jī)鎂鹽優(yōu)選氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂中的任一種。
在本發(fā)明中，所述的無機(jī)堿優(yōu)選氫氧化鈉、氫氧化鉀或工業(yè)氨水中的任一種。
在本發(fā)明中，所述的無機(jī)氯鹽優(yōu)選氯化鈉、氯化鉀或氯化銨中的任一種。
本發(fā)明提出采用襯底雙注-水熱改性法制備高分散氫氧化鎂納米片，該工藝優(yōu)點(diǎn)如下(1)采用雙注法同時(shí)加入鎂鹽與沉淀劑，使溶液組分保持相對(duì)穩(wěn)定，生成的氫氧化鎂形貌規(guī)則、粒徑均一；(2)采用無機(jī)氯鹽溶液為襯底溶液，以降低溶液的過飽和度，形成結(jié)晶較為完整、分散性較好的氫氧化鎂納米顆粒；(3)采用水熱法進(jìn)一步改善形貌和分散性，利用無機(jī)氯鹽及高溫高壓水熱環(huán)境進(jìn)一步改善氫氧化鎂的形貌和結(jié)構(gòu)，即可制得平均厚度10-50nm，平均直徑30-300nm、團(tuán)聚粒徑100-600nm的形貌規(guī)則、分散良好的氫氧化鎂納米片。
本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，易于工業(yè)放大，由此制得的片狀納米產(chǎn)品形貌規(guī)則、大小均勻、高度分散，可望作為高檔無機(jī)阻燃材料用于塑料、橡膠等行業(yè)。類似工藝國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道。


圖1示出了本發(fā)明的實(shí)施例4中常溫產(chǎn)物的形貌。
圖2示出了本發(fā)明的實(shí)施例4中水熱產(chǎn)物的形貌。
圖3為本發(fā)明的實(shí)施例4中水熱產(chǎn)物的X-射線粉末衍射譜圖。
圖4為本發(fā)明的實(shí)施例4中水熱產(chǎn)物的團(tuán)聚粒徑分布圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種高分散氫氧化鎂納米片的襯底雙注-水熱改性制備方法，以無機(jī)鎂鹽為原料，無機(jī)堿為沉淀劑，無機(jī)氯鹽為襯底溶液，采用襯底雙注-水熱改性法改善產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，由此制備高分散氫氧化鎂納米片，具體步驟如下1)配制濃度為0.5～5摩爾/升的無機(jī)鎂鹽溶液及無機(jī)堿溶液，在10～80℃及攪拌條件下，以1～10毫升/分的速度將上述鎂鹽和堿溶液同時(shí)加入0.5-5mol/L無機(jī)氯鹽溶液，控制鎂鹽、堿、氯鹽的摩爾比為1∶1-3∶1-3，加料完畢后繼續(xù)反應(yīng)0.5-2小時(shí)，得到白色乳狀漿液；2)將上述漿液加入水熱反應(yīng)器，在100-250℃恒溫?cái)嚢?～6小時(shí)進(jìn)行水熱處理；3)將水熱處理后的漿料冷卻、過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到平均厚度10-50nm、平均直徑30-300nm、團(tuán)聚粒徑100-600nm、純度大于98％的形貌規(guī)則、分散良好的氫氧化鎂納米片。
所述的無機(jī)鎂鹽優(yōu)選氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂中的任一種；所述的無機(jī)堿優(yōu)選氫氧化鈉、氫氧化鉀或工業(yè)氨水中的任一種；所述的無機(jī)氯鹽優(yōu)選氯化鈉、氯化鉀或氯化銨中的任一種。
下面通過具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實(shí)施例1配制0.5摩爾/升硫酸鎂溶液100毫升，0.5摩爾/升氫氧化鈉溶液100毫升，在攪拌(300轉(zhuǎn)/分)條件下將上述溶液以1毫升/分的速度同時(shí)注入100毫升0.5摩爾/升氯化鈉溶液，加料完畢后繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，得到白色乳狀漿液；將上述漿液加入水熱反應(yīng)器，在250℃恒溫?cái)嚢?150轉(zhuǎn)/分)6小時(shí)，再冷卻、過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到平均厚度50nm，，平均直徑300nm，平均團(tuán)聚粒徑100nm、純度98.5％的氫氧化鎂納米片。
實(shí)施例2配制5摩爾/升硝酸鎂溶液100毫升，5摩爾/升氫氧化鉀溶液100毫升，在攪拌(300轉(zhuǎn)/分)條件下將上述溶液以10毫升/分的速度同時(shí)注入100毫升5摩爾/升氯化鉀溶液，加料完畢后繼續(xù)反應(yīng)0.5小時(shí)，得到白色乳狀漿液；將上述漿液加入水熱反應(yīng)器，在100℃恒溫?cái)嚢?150轉(zhuǎn)/分)1小時(shí)，再冷卻、過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到平均厚度10nm，平均直徑100nm，平均團(tuán)聚粒徑600nm、純度98.0％的氫氧化鎂納米片。
實(shí)施例3配制1摩爾/升硫酸鎂溶液100毫升，3摩爾/升氨水溶液100毫升，在攪拌(300轉(zhuǎn)/分)條件下將上述溶液以5毫升/分的速度同時(shí)注入100毫升3摩爾/升氯化銨溶液，加料完畢后繼續(xù)反應(yīng)1小時(shí)，得到白色乳狀漿液；將上述漿液加入水熱反應(yīng)器，在160℃恒溫?cái)嚢?150轉(zhuǎn)/分)2小時(shí)，再冷卻、過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到平均厚度30nm，平均直徑250nm，平均團(tuán)聚粒徑450nm、純度99.5％的氫氧化鎂納米片。
實(shí)施例4配制2摩爾/升氯化鎂溶液100毫升，5摩爾/升氫氧化鈉溶液100毫升，在攪拌(300轉(zhuǎn)/分)條件下將上述溶液以3毫升/分的速度同時(shí)注入100毫升5摩爾/升氯化鈉溶液，加料完畢后繼續(xù)反應(yīng)2小時(shí)，得到白色乳狀漿液；將上述漿液加入水熱反應(yīng)器，在220℃恒溫?cái)嚢?150轉(zhuǎn)/分)4小時(shí)，再冷卻、過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到平均厚度15nm，平均直徑150nm，平均團(tuán)聚粒徑300nm、純度98.5％的氫氧化鎂納米片。圖1為常溫合成的氫氧化鎂納米片的形貌，圖2、圖3、圖4分別顯示了水熱改性后氫氧化鎂納米片的形貌、X-射線粉末衍射譜圖及團(tuán)聚粒徑分布。
權(quán)利要求
1.高分散氫氧化鎂納米片的襯底雙注-水熱改性制備方法，其特征在于該制備方法以無機(jī)鎂鹽為原料，無機(jī)堿為沉淀劑，無機(jī)氯鹽為襯底溶液，采用襯底雙注—水熱改性法改善產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，由此制備高分散氫氧化鎂納米片，具體步驟如下1)配制濃度為0.5～5摩爾/升的無機(jī)鎂鹽溶液及無機(jī)堿溶液，在10～80℃及攪拌條件下，以1～10毫升/分的速度將上述鎂鹽和堿溶液同時(shí)加入0.5-5mol/L無機(jī)氯鹽溶液，控制鎂鹽、堿、氯鹽的摩爾比為1∶1-3∶1-3，加料完畢后繼續(xù)反應(yīng)0.5-2小時(shí)，得到白色乳狀漿液；2)將上述漿液加入水熱反應(yīng)器，在100-250℃恒溫?cái)嚢?～6小時(shí)進(jìn)行水熱處理；3)將水熱處理后的漿料冷卻、過濾、洗滌、干燥、粉碎，得到平均厚度10-50nm、平均直徑30-300nm、團(tuán)聚粒徑100-600nm、純度大于98％的形貌規(guī)則、分散良好的氫氧化鎂納米片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分散氫氧化鎂納米片的襯底雙注-水熱改性制備方法，其特征在于所述的無機(jī)鎂鹽為氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分散氫氧化鎂納米片的襯底雙注-水熱改性制備方法，其特征在于所述的無機(jī)堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀或工業(yè)氨水中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高分散氫氧化鎂納米片的襯底雙注-水熱改性制備方法，其特征在于所述的無機(jī)氯鹽為氯化鈉、氯化鉀或氯化銨中的任一種。
全文摘要
高分散氫氧化鎂納米片的襯底雙注－水熱改性制備方法，屬于無機(jī)化工工藝技術(shù)領(lǐng)域。該方法以無機(jī)鎂鹽為原料，無機(jī)堿為沉淀劑，無機(jī)氯鹽為襯底溶液，首先在10－80℃將鎂鹽和堿溶液同時(shí)注入無機(jī)氯鹽溶液，然后在100－200℃對(duì)常溫產(chǎn)物水熱處理1－6小時(shí)，利用氯鹽及水熱環(huán)境改善產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，即可制得平均厚度10－50nm，平均直徑30－300nm、團(tuán)聚粒徑100－600nm的形貌規(guī)則、分散性能良好的氫氧化鎂納米片。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、易于工業(yè)放大。利用本發(fā)明制得的氫氧化鎂納米片形貌規(guī)則、粒徑均一、分散良好，可作為高性能無機(jī)阻燃填料用于塑料、橡膠等行業(yè)。
文檔編號(hào)C01F5/22GK1800020SQ20051013071
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者向蘭, 陳志航, 張英才, 林榮毅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)