專利名稱：制備氫氧化鎂的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備納米級氫氧化鎂的方法。
背景技術(shù)：
隨著塑料工業(yè)的快速發(fā)展，對阻燃型熱塑性高聚物的需求與日倶增，由于人們環(huán) 保意識的增強和環(huán)保法規(guī)的日益完善(如歐盟2008年4月1日宣布禁用使用量最大的十溴 二苯醚)，同時，高分子材料工業(yè)應(yīng)用飛速發(fā)展，市場對無機阻燃劑需求量越來越大，因此， 人們更加迫切地需要無毒、抑煙型的阻燃劑。氫氧化鋁是目前最普遍使用的阻燃劑。但是， 氫氧化鎂的分解溫度比氫氧化鋁要還要高出14(TC，并具有更高的穩(wěn)定性、更好的效率、可 促進基材成炭、除強酸能力、成本較低、白度較好等的優(yōu)點。而且氫氧化鎂可以用作無機、抑 煙、無毒阻燃劑，在高聚物阻燃領(lǐng)域中也有廣泛應(yīng)用，適用于聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、三 元乙丙橡膠及不飽和聚酯等高分子材料的阻燃和消煙。但是，目前的氫氧化鎂在達(dá)到阻燃 份額時，因為其顆粒的顆粒直徑較大，使得高分子材料力學(xué)性能過度降低，因為，為了更好 的發(fā)揮氫氧化鎂的阻燃效果時，在制備氫氧化鎂阻燃劑的過程中需要盡可能低地降低氫氧 化鎂粉體的顆粒直徑。 目前，工業(yè)上用來制備氫氧化鎂的方法包括氣相法、金屬醇鹽法和直接沉淀法。氣 相法對設(shè)備和技術(shù)要求高且產(chǎn)量少；金屬醇鹽法原料成本高、工藝復(fù)雜，難以用于大規(guī)模的 產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)；而直接沉淀法操作簡單、原料易于獲得、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)物純度高，適于進行大規(guī) 模的產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)。 傳統(tǒng)的直接沉淀法是待鎂鹽與氨水之間的沉淀反應(yīng)完成后，將得到的氫氧化鎂沉 淀進行過濾、洗滌、干燥后得到氫氧化鎂粉體。這種直接沉淀法要求成核在微觀混合均勻的 條件下進行，即微觀混合均勻化特征時間要小于成核特征時間，才能制備粒度分布窄、晶型 可控的超細(xì)粉體顆粒。但是，由于在常重力場中的微觀混合均勻化時間(通常為50毫秒左 右)遠(yuǎn)大于成核時間(通常約為l毫秒)，因而所制備的樣品顆粒直徑大。而在超重力環(huán)境 下，不同大小分子間的分子擴散和相間傳質(zhì)過程均比常重力場下的要快得多，相間的傳遞 速度比傳統(tǒng)的塔器中的提高1-3個數(shù)量級，使微觀混合均勻化特征時間降為0. 04(ms)，可 使成核在微觀混合均勻的條件下進行，從而制備超細(xì)氫氧化鎂。但是，已有報道的制備氫氧 化鎂的旋轉(zhuǎn)填充床(RPB)易發(fā)生堵塞，并在工業(yè)化生產(chǎn)時由此造成設(shè)備難以清洗、維護成 本高、生產(chǎn)效率低等不足。
發(fā)明目的 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種能防止設(shè)備堵塞，降低了生產(chǎn)成 本，提高了生產(chǎn)效率的納米級氫氧化鎂制備方法。 根據(jù)本發(fā)明的制備氫氧化鎂的方法，該方法包括制備氫氧化鎂懸浮液的步驟、從 所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟和使用改性劑對得到的氫氧化鎂進行改性的 步驟，所述制備氫氧化鎂懸浮液的步驟包括將鎂鹽溶液和氨水溶液分別加入螺旋通道型旋 轉(zhuǎn)床中進行反應(yīng)，得到氫氧化鎂懸浮液，所述鎂鹽溶液的濃度為0. 5-3mol/L，所述氨水溶液
3的濃度為l-7mol/L。 本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在通過鎂鹽溶液產(chǎn)生氫氧化鎂懸浮液的步驟中，使用螺旋 通道型旋轉(zhuǎn)床可以一方面獲得小顆粒的納米級氫氧化鎂，另一方面，本發(fā)明的方法由于使 用了螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床不會堵塞，從而可以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，同時提高生產(chǎn)效率。
更具體地說，所述制備氫氧化鎂懸浮液的步驟中，所述螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)速為600 3000r/min，反應(yīng)溫度為15_30°C ，反應(yīng)壓力為常壓，通常為90-110kPa左右，
加入的氨水與鎂鹽的摩爾比為i : i-i : 8。作為一種實施方式，從所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟為老化-乙醇
法，該老化-乙醇法依次包括A、將所述氫氧化鎂懸浮液在70-9(TC下進行0. 5-3小時的老化； B、然后進行抽濾，得到氫氧化鎂濾餅，并用去離子水洗滌至所述氫氧化鎂濾餅中
不含有C1—; C、使洗滌后的氫氧化鎂濾餅與無水乙醇混合5-15分鐘，抽濾并干燥。
具體來說，所述A的老化的攪拌釜中進行。所述C中使用的無水乙醇的體積與所 屬氫氧化鎂濾餅的體積比為4-6 : 1，干燥的溫度為90-12(TC，干燥的時間為l-3小時。
作為另一種實施方式，從所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟為水熱法， 該水熱法包括 A'、將所述氫氧化鎂懸浮液在壓力為0-0.6MPa(表壓)，溫度為100-15(TC的條件 下進行O. 5-3小時的晶化； B'、然后進行抽濾，得到氫氧化鎂濾餅，并用去離子水洗滌至所述氫氧化鎂濾餅中 不含有C1—; C'、干燥所述B'中得到的氫氧化鎂濾餅。 具體來說，所述A'中的晶化可以在高壓釜中進行。所述C'中的干燥溫度為 90-ll(TC，干燥的時間為0. 5-3小時。所述改性劑為硬脂酸或硬脂酸鹽，所述鎂鹽溶液含有 氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂中的一種或幾種。


圖1中的a表示了根據(jù)本發(fā)明的方法的一種實施方式的示意圖；b表示了根據(jù)本 發(fā)明的方法的另一種實施方式的示意圖； 圖2表示了本發(fā)明的方法中使用的螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3表示了通過根據(jù)本發(fā)明的實施例9制得的氫氧化鎂產(chǎn)品的SEM圖；
圖4表示了通過根據(jù)本發(fā)明的實施例9制得的氫氧化鎂產(chǎn)品的XRD圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體描述。 根據(jù)本發(fā)明的制備氫氧化鎂的方法，該方法包括制備氫氧化鎂懸浮液的步驟、從 所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟和使用改性劑對得到的氫氧化鎂進行改性的 步驟，所述制備氫氧化鎂懸浮液的步驟包括將鎂鹽溶液和氨水溶液分別加入螺旋通道型旋 轉(zhuǎn)床中進行反應(yīng)，得到氫氧化鎂懸浮液，所述鎂鹽溶液的濃度為0. 5-3mol/L，所述氨水溶液的濃度為l-7mol/L。所述鎂鹽溶液可以為氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂中的一種或幾種。
如圖2所示，所述螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床包括殼體2、氨水進料管Ll、鎂鹽進料管L2、 氣體出料口 1、氣體進口管3、轉(zhuǎn)子4、密封圈5、軸6、液體出料口 7和分布器8。進行本發(fā) 明的方法時，將按本發(fā)明的方法配置好的鎂鹽溶液和氨水溶液分別通過鎂鹽進料管L2和 氨水進料管L1加入到螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床中，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使加入的鎂鹽溶液和氨水溶液 在螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的螺旋通道中進行反應(yīng)，得到含有氫氧化鎂沉淀和銨鹽的 懸浮液。通常，當(dāng)反應(yīng)體系的PH值達(dá)到9-10左右時表示反應(yīng)完成。更具體地說，所述制 備氫氧化鎂懸浮液的步驟中，所述螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為600-3000r/min，優(yōu)選為 1000-2500r/min，更優(yōu)選為1500-2000r/min，反應(yīng)溫度為15-30。C，優(yōu)選為18-25。C，反應(yīng)壓 力為90-110kPa，優(yōu)選為95-10(TC，加入的氨水與鎂鹽的摩爾比為1 : 1-1 : 8，例如可以為
i : i.2、i : 2.5、i : 3.8、i : 8等，優(yōu)選為i : 2-i : 7，更優(yōu)選為i : 4-i : 6。本發(fā)明 的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在加入的氨水與鎂鹽的量滿足上述關(guān)系的前提下，可以通過調(diào)節(jié)氨水溶液 與鎂鹽溶液在螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床內(nèi)的流速來獲得顆粒直徑更小的氫氧化鎂。作為一種實施
方式，可以控制氨水流量為200-800mVh，鎂鹽溶液的流量為0. 004-0. 008m3/h，優(yōu)選地，也
可以將鎂鹽溶液的流量保持為0. 004mVh，同時控制氨水流量為300-500m3/h。 可以使用老化-乙醇法或者通過水熱法將氫氧化鎂從所述氫氧化鎂懸浮液中分
離出來。 作為一種實施方式，從所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟為老化_乙醇 法，該老化-乙醇法包括 A、將所述氫氧化鎂懸浮液在70-9(TC下進行0. 5_3小時的老化；優(yōu)選在75-85"C下 進行1. 5-2小時的老化，上述老化操作可以在攪拌釜中進行。 B、然后進行抽濾，得到氫氧化鎂濾餅，并用去離子水洗滌至所述氫氧化鎂濾餅中 不含有C1—;通常使用去離子水進行2-5次漂洗，優(yōu)選3-5次漂洗即可除去氫氧化鎂濾餅中
的cr。此處所說的不含有cr指的是，向漂洗氫氧化鎂的溶液中加入硝酸銀溶液后，溶液 不變渾濁。 C、使洗滌后的氫氧化鎂濾餅與無水乙醇混合5-15分鐘，優(yōu)選混合8-12分鐘，然后 進行抽濾并干燥。其中，使用的無水乙醇的體積與所述氫氧化鎂濾餅的體積比為4-6 : 1， 干燥的溫度為90-12(TC，干燥的時間為1-3小時。 作為另一種實施方式，從所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟為水熱法， 該水熱法包括 A'、將所述氫氧化鎂懸浮液在壓力為0-0. 6MPa(表壓)，溫度為100-15(TC的條件 下進行0. 5-3小時的晶化；優(yōu)選在110-13(TC的條件下進行1-2小時的晶化，上述晶化可以
在高壓釜中進行。 B'、然后進行抽濾，得到氫氧化鎂濾餅，并用去離子水洗滌至所述氫氧化鎂濾餅中 不含有C1—;通常使用去離子水進行2-5次漂洗，優(yōu)選3-5次漂洗即可除去氫氧化鎂濾餅中
的cr。作為本領(lǐng)與技術(shù)人員公知的是，此處所說的不含有cr指的是，向漂洗氫氧化鎂的 溶液中加入硝酸銀溶液后，溶液不變渾濁。 C'、干燥所述B'中得到的氫氧化鎂濾餅。其中，所述干燥溫度為90-ll(TC，優(yōu)選為 95-105t:，干燥的時間為0. 5-3小時，優(yōu)選為1-2小時。
根據(jù)本發(fā)明的方法中，所述改性劑為硬脂酸或硬脂酸鹽，例如，硬脂酸鈉、硬脂酸 鎂等本領(lǐng)域公知的改性劑。 根據(jù)本發(fā)明的方法所制得的氫氧化鎂的顆粒大小500-140納米，優(yōu)選為320-240 納米；氫氧化鎂的晶體直徑為15-90納米，優(yōu)選為15-30納米。此處所述氫氧化鎂的顆粒大 小指的是得到的氫氧化鎂粉體產(chǎn)品的表觀顆粒直徑；氫氧化鎂的晶體直徑指的是氫氧化鎂 XRD測得的晶體直徑。 下面通過實施例對本發(fā)明的方法進行更具體的闡述。
實施例1 分別配制濃度為lmol/L的鎂鹽溶液和濃度為3mol/L的氨水溶液。18。C常壓下， 將所配制的鎂鹽溶液和氨水溶液分別通過鎂鹽進料管L2和氨水進料管Ll加入螺旋通道型 旋轉(zhuǎn)床內(nèi)，啟動螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1000r/min，控制氨水流量為200m3/h， 氯化鎂溶液流量為0.004mVh，加入的氨水與鎂鹽的摩爾比為2 : 1。反應(yīng)完畢得到含有氫 氧化鎂沉淀與銨鹽的懸浮液。將該懸浮液在攪拌釜中于8(TC下保溫2小時，過濾所得氫氧 化鎂懸浮液得到氫氧化鎂濾餅，將該氫氧化鎂濾餅用去離子水洗滌至不含有cr。將得到的 氫氧化鎂濾餅用無水乙醇(體積約為氫氧化鎂濾餅的4-6倍)進行再懸浮后過濾，將得到 的氫氧化鎂濾餅于9(TC下干燥2小時。得到平均顆粒直徑為400nm的片狀氫氧化鎂粉體。
實施例2 按照與實施例1相同的方法制備氫氧化鎂，不同的是加入的氨水與鎂鹽的摩爾 比為4 : 1。得到平均顆粒直徑為320nm的片狀氫氧化鎂粉體。
實施例3 按照與實施例1相同的方法制備氫氧化鎂，不同的是加入的氨水與鎂鹽的摩爾 比為6 : 1。得到平均顆粒直徑為280nm的片狀氫氧化鎂粉體。
實施例4 按照與實施例1相同的方法制備氫氧化鎂，不同的是氨水流量為300mVh，加入 的氨水與鎂鹽的摩爾比為6 : 1。得到平均顆粒直徑為140nm的片狀氫氧化鎂粉體。
實施例5 按照與實施例1相同的方法制備氫氧化鎂，不同的是控制氨水流量為500mVh， 加入的氨水與鎂鹽的摩爾比為6 : 1。得到平均顆粒直徑為300nm的片狀氫氧化鎂粉體。
實施例6 分別配制濃度為lmol/L的鎂鹽溶液和3mol/L的氨水溶液。18。C常壓下，將所配 制的鎂鹽溶液和氨水溶液分別通過鎂鹽進料管L2和氨水進料管Ll加入螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床 內(nèi)，啟動螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為1000r/min，控制氨水流量為200m3/h，氯化鎂溶液 流量為0.004mVh，加入的氨水與鎂鹽的摩爾比為2 : 1。反應(yīng)完畢得到含有氫氧化鎂沉淀 與銨鹽的懸浮液。將該懸浮液在高壓釜中于12(TC下保溫2小時，過濾所得氫氧化鎂懸浮液 得到氫氧化鎂濾餅，將該氫氧化鎂濾餅用去離子水洗滌至不含有Cl—。將得到的氫氧化鎂濾 餅于ll(TC下干燥2小時，得到平均顆粒直徑為405nm的六方片狀氫氧化鎂粉體。
實施例7 按照與實施例6相同的方法制備氫氧化鎂，不同的是加入的氨水與鎂鹽的摩爾 比為4 : 1。得到平均顆粒直徑為340nm的片狀氫氧化鎂粉體。
實施例8 按照與實施例6相同的方法制備氫氧化鎂，不同的是加入的氨水與鎂鹽的摩爾 比為6 : 1。得到平均顆粒直徑為315nm的片狀氫氧化鎂粉體。
實施例9 按照與實施例6相同的方法制備氫氧化鎂，不同的是氨水流量為300mVh，加入
的氨水與鎂鹽的摩爾比為6 : 1。得到平均顆粒直徑為140nm的片狀氫氧化鎂粉體。 圖4的SEM圖顯示，根據(jù)本發(fā)明的得到的氫氧化鎂顆粒為片狀。 圖5的XRD圖顯示了該實施例得到的氫氧化鎂晶體。并且通過謝樂公式(Scherrer
公式)計算，所得到的氫氧化鎂樣品的晶體直徑為15納米。 實施例10 按照與實施例6相同的方法制備氫氧化鎂和，不同的是氨水流量為400mVh，加 入的氨水與鎂鹽的摩爾比為6 : 1。得到平均顆粒直徑為160nm的片狀氫氧化鎂粉體。
實施例11 按照與實施例6相同的方法制備氫氧化鎂，不同的是氨水流量為500mVh，加入 的氨水與鎂鹽的摩爾比為6 : 1。得到平均顆粒直徑為150nm的片狀氫氧化鎂粉體。
以上結(jié)果顯示，本發(fā)明的方法簡單易行，能制備顆粒直徑為140-400納米的極細(xì) 氫氧化鎂粉體，其晶體直徑甚至可以達(dá)到15納米。同時，在上述實施例中，使用螺旋通道旋 轉(zhuǎn)床制備氫氧化鎂的過程中沒有發(fā)生堵塞。
權(quán)利要求
一種制備氫氧化鎂的方法，該方法包括制備氫氧化鎂懸浮液的步驟、從所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟和使用改性劑對得到的氫氧化鎂進行改性的步驟，其特征在于，所述制備氫氧化鎂懸浮液的步驟包括將鎂鹽溶液和氨水溶液加入螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床中進行反應(yīng)，得到氫氧化鎂懸浮液，所述鎂鹽溶液的濃度為0.5-3mol/L，所述氨水溶液的濃度為1-7mol/L，所述從所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟為老化-乙醇法或水熱法。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述老化_乙醇法包括A、 將所述氫氧化鎂懸浮液在70-9(TC下進行0. 5-3小時的老化；B、 然后進行抽濾，得到氫氧化鎂濾餅，并用去離子水洗滌至所述氫氧化鎂濾餅中不含 有Cl-;C、 使洗滌后的氫氧化鎂濾餅與無水乙醇混合5-15分鐘，抽濾并干燥；所述水熱法包括A'、將所述氫氧化鎂懸浮液在壓力為0-0. 6MPa，溫度為100-15(TC的條件下進行0. 5_3 小時的晶化；B'、然后進行抽濾，得到氫氧化鎂濾餅，并用去離子水洗滌所述氫氧化鎂濾餅中不含有cr;C'、干燥所述B'中得到的氫氧化鎂濾餅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述A的老化在攪拌釜中進行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述C中使用的無水乙醇的體積與所屬氫氧化鎂 濾餅的體積比為4-6 : 1，干燥的溫度為90-12(TC，干燥的時間為l-3小時。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述A'中的晶化在高壓釜中進行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述C'中的干燥溫度為90-ll(TC，干燥的時間 為0. 5-3小時。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述改性劑為硬脂酸或硬脂酸鹽，所述鎂鹽溶液 含有氯化鎂、硫酸鎂或硝酸鎂中的一種或幾種。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氫氧化鎂的晶體直徑為15-90納米。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1-8中任意一項所述的方法，其中，所述制備氫氧化鎂懸浮液的步驟 中，所述螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為600 3000r/min，反應(yīng)溫度為15-30°C，反應(yīng)壓力 為常壓，加入的氨水與鎂鹽的摩爾比為1 : 1-1 : 8。
全文摘要
公開了一種制備氫氧化鎂的方法。根據(jù)本發(fā)明的制備氫氧化鎂的方法，該方法包括制備氫氧化鎂懸浮液的步驟、從所述氫氧化鎂懸浮液中分離氫氧化鎂的步驟和使用改性劑對得到的氫氧化鎂進行改性的步驟，所述制備氫氧化鎂懸浮液的步驟包括將鎂鹽溶液和氨水溶液加入螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床中進行反應(yīng)，得到氫氧化鎂懸浮液，所述鎂鹽溶液的濃度為0.5-3mol/L，所述氨水溶液的濃度為1-7mol/L。根據(jù)本發(fā)明的方法一方面能獲得小顆粒的納米級氫氧化鎂，另一方面，螺旋通道型旋轉(zhuǎn)床不會堵塞，從而本發(fā)明的方法可以提高生產(chǎn)效率，并應(yīng)用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)中。
文檔編號C01F5/20GK101698490SQ20091004466
公開日2010年4月28日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者周繼承, 謝放華, 郭笑容 申請人:湘潭大學(xué)