均相沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂

劉有智，白 梅，申紅艷，邱尚煌

（中北大學(xué)，山西省超重力化工工程技術(shù)研究中心，山西太原030051）

均相沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂

劉有智，白 梅，申紅艷，邱尚煌

（中北大學(xué)，山西省超重力化工工程技術(shù)研究中心，山西太原030051）

以氯化鎂、氫氧化鈉為原料，采用均相沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂。研究了分散劑種類對(duì)氫氧化鎂產(chǎn)率和粒徑的影響，以及分散劑種類、氯化鎂濃度、反應(yīng)溫度等因素對(duì)氫氧化鎂沉降速率的影響，同時(shí)分別選擇水、乙醇兩種不同的反應(yīng)介質(zhì)，對(duì)氫氧化鎂的粒徑及產(chǎn)率進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明，以葡萄糖作為分散劑，氯化鎂濃度為0.75 mol/L，反應(yīng)溫度為60℃，所得氫氧化鎂產(chǎn)率較高，且粒徑較?。s為6.4 μm）、粒度分布較均勻。

氫氧化鎂；沉降速率；超細(xì)；均相沉淀法

超細(xì)氫氧化鎂與普通氫氧化鎂相比，其在高聚物中的分散性和相容性大大改善。目前，制備超細(xì)氫氧化鎂的方法主要是液相合成法，分別有微乳液法［1］、沉淀法［2-3］、醇鹽水解法［4］、水熱法［5］、超重力法［6］等。筆者以氯化鎂、氫氧化鈉為原料，采用均相沉淀法［7］制備超細(xì)氫氧化鎂。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：六水氯化鎂、氫氧化鈉、尿素、葡萄糖、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、水合肼、油酸、乙二醇、乙醇，均為分析純。儀器：HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋；JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器；電子天平；LG10-2.4A高速離心機(jī)；SHZ-3型循環(huán)水真空泵；BK300生物顯微鏡；BT-2002型激光粒度分布儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

稱取一定量MgCl2溶于去離子水中，配制一定濃度的MgCl2溶液。將NaOH與CO（NH2）2溶于去離子水中，配制混合堿溶液［80 g NaOH 與 15 g CO（NH2）2溶于500 mL去離子水］。控制恒溫水浴在一定的溫度，將混合堿溶液緩慢滴加到MgCl2溶液中，持續(xù)攪拌1 h。滴加不同的分散劑（葡萄糖、聚乙二醇、聚丙烯胺酰、水合肼、油酸、乙二醇），持續(xù)攪拌0.5 h，陳化1.5h。所得物料用熱去離子水離心洗滌5次，80℃下干燥12 h，粉碎即得氫氧化鎂粉末。

實(shí)驗(yàn)涉及反應(yīng)方程式如下：

1.3 分析表征

采用BT-2002型激光粒度分布儀測(cè)定氫氧化鎂的粒徑及粒度分布。采用BK300生物顯微鏡觀察氫氧化鎂的形貌。氫氧化鎂沉降速率的檢測(cè)方法為：將除雜后的晶漿置于帶有刻度的試管中，每間隔一定時(shí)間測(cè)量上清液高度。

2 結(jié)果與討論

2.1 分散劑種類對(duì)氫氧化鎂產(chǎn)率及粒徑的影響

固定條件：500mL混合堿溶液，250mL0.75mol/L的MgCl2溶液，反應(yīng)溫度60℃?？疾旆稚┓N類對(duì)氫氧化鎂產(chǎn)率及粒徑的影響，結(jié)果見表1及圖1。在Mg（OH）2沉淀晶核的形成過程中，加入適量的分散劑對(duì)控制粒徑起到非常有效的作用。分散劑在反應(yīng)過程中吸附于微晶表面，降低了微晶的表面能，對(duì)形成的晶核起到穩(wěn)定作用，使晶核壽命延長(zhǎng)，從而使單位時(shí)間內(nèi)隨機(jī)成核的數(shù)量增加，有利于增加成核速率。粒子越細(xì)，表面自由能越大，越容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致粒子變大。加入的分散劑可被粒子吸附，生成界面保護(hù)膜，降低表面能，是防止粒子團(tuán)聚的主要手段。

表1 加入不同分散劑所得氫氧化鎂產(chǎn)率及粒徑

由表1及圖1可以看出，加入聚丙烯酰胺，所得氫氧化鎂的產(chǎn)率最高但粒徑較大，這可能是由于聚丙烯酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量較高且黏性較大，使得氫氧化鎂大量團(tuán)聚、分散性不佳，最終形成粒徑較大的粉體。分散劑抑制Mg（OH）2晶核團(tuán)聚能力為：聚乙二醇效果最佳，葡萄糖、水合肼及油酸次之，聚丙烯酰胺及乙二醇會(huì)使粒子團(tuán)聚。從分散劑對(duì)產(chǎn)率的影響來看，葡萄糖和油酸作為分散劑所得Mg（OH）2的產(chǎn)率較高，且粉體粒徑?。?～7 μm）、分布均勻。

2.2 分散劑種類對(duì)氫氧化鎂沉降速率的影響

固定條件：5 mL混合堿溶液，10 mL 0.75 mol/L的MgCl2溶液，反應(yīng)溫度為60℃。考察分散劑種類對(duì)氫氧化鎂沉降速率的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，油酸、葡萄糖及水合肼的加入使氫氧化鎂的沉降速率較無添加劑時(shí)大。但是，油酸屬于油性分子不易洗滌，水合肼具有腐蝕性，而葡萄糖易于洗滌，無毒無害，價(jià)格便宜，因而是一種良好的添加劑。吸附在晶核表面的葡萄糖以1，4-苷鏈連接起來形成大分子化合物，主要通過“搭橋”方式絮凝，從而加快氫氧化鎂的沉降速率。

2.3 氯化鎂濃度對(duì)沉降速率的影響

固定條件：5 mL混合堿溶液，10 mL MgCl2溶液，以葡萄糖作為分散劑，反應(yīng)溫度為60℃。考察MgCl2溶液濃度對(duì)氫氧化鎂沉降速率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，MgCl2溶液濃度在0.2 mol/L時(shí)，氫氧化鎂的沉降速率較快，隨著氯化鎂濃度的增加，氫氧化鎂的沉降速率有降低的趨勢(shì)。這可能有兩方面的原因：一是隨著Mg2+濃度的增加，使得Mg（OH）2的過飽和度提高，大量晶核同時(shí)生成，而不利于Mg（OH）2晶體生長(zhǎng)；二是由于鎂離子的強(qiáng)親水性，使得無定型氫氧化鎂表面存在大量的吸附水，獲得的沉淀常呈膠狀，因此Mg2+濃度越高，形成的膠狀沉淀越多，氫氧化鎂越不易沉淀。考慮到實(shí)驗(yàn)的目的是制備超細(xì)氫氧化鎂，因此，為了減小氫氧化鎂的粒徑，選擇MgCl2溶液濃度為0.75 mol/L。

2.4 反應(yīng)溫度對(duì)氫氧化鎂沉降速率的影響

固定條件：5 mL混合堿溶液，10 mL 0.75 mol/L的MgCl2溶液，以葡萄糖作為分散劑。考察反應(yīng)溫度對(duì)氫氧化鎂沉降速率的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，氫氧化鎂的沉降速率呈遞增趨勢(shì)，但在80℃時(shí)沉降速率反而降低。這是由于，隨著溫度的升高，溶液黏度降低，傳質(zhì)系數(shù)增大，加速了晶體的生長(zhǎng)速率，從而使晶核增大，因而沉鎂速率增加；但在80℃時(shí)沉鎂速率反而降低，這可能是由于在一定的過飽和度下，氫氧化鎂形成膠體而使得沉鎂速率下降。依據(jù)圖3結(jié)果，選擇反應(yīng)溫度為60℃。

2.5 反應(yīng)介質(zhì)對(duì)氫氧化鎂產(chǎn)率及粒徑的影響

采用醇-水共溶鎂鹽，即將22.84 g MgCl2·6H2O溶于25 mL乙醇中，然后加去離子水配成150 mL混合溶液。將300 mL混合堿溶液緩慢滴入氯化鎂溶液中，反應(yīng)溫度為60℃，以葡萄糖為分散劑。所得乳濁液在60℃恒溫靜置6 h。冷卻，過濾掉上層清液，用乙醇多次洗滌，直至雜質(zhì)被洗凈為止。沉淀物經(jīng)離心分離，于80℃干燥，研細(xì)，樣品記為P-A。不加乙醇，直接用去離子水溶解鎂鹽，以下步驟同前，樣品記為P-B。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：P-A和P-B粒徑分別為4.2、7.5μm，產(chǎn)率分別為91.52%、95.85%。以無水乙醇為反應(yīng)介質(zhì)所得產(chǎn)物的粒徑略小于以水為介質(zhì)，這可能是由于水的存在形成架橋羥基，干燥時(shí)會(huì)聚集形成硬團(tuán)聚，而以無水乙醇有機(jī)溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，在乙醇-水溶劑共存下形成氫氧化鎂，在氫氧化鎂分子周圍盡可能以烷氧基取代水的羥基形成軟團(tuán)聚，減少硬團(tuán)聚的發(fā)生，從而制得氫氧化鎂粒徑較小。

但由于乙醇溶液作為介質(zhì)時(shí)，相對(duì)于水為介質(zhì)，產(chǎn)物氫氧化鎂的收率以及粒徑并沒有得到大的改善；另外，從經(jīng)濟(jì)性考慮用無水乙醇作為介質(zhì)會(huì)增加原料成本，從而實(shí)驗(yàn)最優(yōu)條件并沒有選擇無水乙醇作為反應(yīng)介質(zhì)。

3 結(jié)論

以氯化鎂、氫氧化鈉為原料，采用均相沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂，得出優(yōu)選條件：以葡萄糖為分散劑，氯化鎂濃度為0.75 mol/L，反應(yīng)溫度為60℃。在上述條件下，制得氫氧化鎂產(chǎn)率較高，且粒徑較?。s為 6.4 μm）、粒度分布較均勻。

［1］郭如新.國(guó)內(nèi)氫氧化鎂阻燃劑生產(chǎn)應(yīng)用近況［J］.海湖鹽科技資料，2003（1）：1-9.

［2］劉兆平，楊永會(huì)，鐘紅梅，等.氫氧化鎂阻燃劑的應(yīng)用進(jìn)展［J］.海湖鹽科技資料，2002（5）：1-9.

［3］安田直樹.氫氧化鎂超細(xì)粉末及其制備方法及其燃性樹脂組合物：中國(guó)，1356361A［P］.2002-07-03.

［4］杜以波.均質(zhì)流體法制備納米氫氧化鎂：中國(guó)，1332116A［P］.2002-01-23.

［5］易求實(shí).反相沉淀法制備納米 Mg（OH）2阻燃劑的研究［J］.化學(xué)試劑，2001，23（4）：197-199.

［6］Henrist C，Mathieu J P，Vogels C，et al.Morphological study of magnessium hydroxide nanoparticles precipitated in dilute aqueous solution［J］.J.Cryst.Growth，2003，249（1/2）：321-330.

［7］France A D，F(xiàn)erry L，Cuesta J M L，et al.Magnesium hydroxide/zinc borate/talc compositions as flame-retardants in EVA copolymer［J］.Polym.Int.，2000，49（10）：1101-1105.

Preparation of superfine magnesium hydroxide by homogeneous precipitation method

Liu Youzhi，Bai Mei，Shen Hongyan，Qiu Shanghuang
（Research Center of Shanxi Province for High Gravity Chemical Engineering and Technology，North University of China，Taiyuan 030051，China）

Superfine magnesium hydroxide was prepared by homogeneous precipitation method with magnesium chloride and sodium hydroxide as raw materials.Influence of different dispersants on product yield and particle size，and the influence of different dispersants，magnesium chloride concentration，and temperature etc.on settlement rate of magnesium hydroxide were investigated.Meanwhile the product particle sizes and yields were compared while the water and ethanol were selected as the reaction media respectively.Results showed that when the glucose as dispersant and under the conditions of 0.75 mol/L magnesium chloride concentration，and 60 ℃ reaction temperature，magnesium hydroxide production rate was high，and the particle size was small（about 6.4 μm） with more uniform distribution.

magnesium hydroxide；settlement rate;superfine;homogeneous precipitation method

TQ132.2

A

1006-4990（2012）03-0030-03

2011-09-14

劉有智（1958— ），男，博士生導(dǎo)師，享受國(guó)家特殊津貼專家，主要研究方向?yàn)槌亓ぜ夹g(shù)，獲省科技進(jìn)步獎(jiǎng)3項(xiàng)，發(fā)表論文100余篇，其中30篇被SCI、EI等收錄，申報(bào)國(guó)家專利25項(xiàng)，已授權(quán)15項(xiàng)，出版專著1部。

聯(lián)系方式：namebaimei@126.com