直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂研究

..直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂摘要：實(shí)驗(yàn)中采用直接沉淀法合成超細(xì)氫氧化鎂?？疾煊绊慚H粒徑大小的影響因素，如反響時(shí)間、反響溫度、反響物濃度和分散劑的添加量。同時(shí)采用激光粒度儀和XRD衍射分析儀表征所制備的超細(xì)氫氧化鎂的性能。XRD衍射分析結(jié)果說(shuō)明采用兩種分散劑制備的產(chǎn)品構(gòu)造與典型Mg(OH)2的構(gòu)造一致。產(chǎn)品平均最小粒徑為200nm.實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果說(shuō)明，作為分散劑的無(wú)水乙醇和PEG6000通過(guò)阻礙粒子團(tuán)聚，能明顯降低產(chǎn)品的平均粒徑。從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保角度來(lái)講，采用PEG6000作為分散劑的方法更適合制備超細(xì)氫氧化鎂。關(guān)鍵詞：超細(xì)氫氧化鎂；直接沉淀法；Mg(OH)2；無(wú)水乙醇；PEG6000PreparationofsuperfinemagnesiumhydroxidebydirectprecipitationmethodAbstract：Inthisstudy,superfinemagnesiumhydroxidewassynthesizedbydirectprecipitationmethod.Theinfluencefactors,suchasreactiontime,reactiontemperature,solutionconcentrationandtheadditiveamountofdispersingagentontheparticlesizeofMHwereinvestigated.ThepropertiesofpreparedMg(OH)2werestudiedbyLaserparticlesizeanalyzer,X-raydiffraction(XRD).TheresultsofXRDshowedthatthepreparedMg(OH)2withtwokindsofdispersingagenthasthesamestructureparedtothetypicalMg(OH)2.Theaverageparticlesizeisabout200nm.ThestudyindicatedthattheethanolandPEG6000asthedispersingagentcanobviouslyreducetheaveragesizeofsamplesbypreventingparticlesreunion.Fromthepointofviewofeconomicandenvironmentalprotection,PEG6000isbettertousedasthedispersingagentsforpreparatingsuperfinemagnesiumhydroxide.Keywords-superfinemagnesiumhydroxide;Directprecipitationmethod;Mg(OH)2;ethanol;PEG6000引言超細(xì)氫氧化鎂〔MH〕因其無(wú)毒、抑煙、分解溫度高等特點(diǎn)，可作為高性能無(wú)機(jī)阻燃劑應(yīng)用于高分子材料中，能進(jìn)一步提高材料的阻燃性能和力學(xué)性能，近年來(lái)成為國(guó)外研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，廣受人們的關(guān)注[1-5]。目前制備超細(xì)氫氧化鎂的方法有物理粉碎法[6]、水熱反響法[7-8]、均相沉淀法[9]、直接沉淀法[10]等[11]。粉碎法通過(guò)機(jī)械力的作用將水鎂石物料粉碎、磨細(xì)。粉碎法效率低、能耗大，所得顆粒較粗，粒度分布較寬，里面雜質(zhì)含量高。水熱法對(duì)設(shè)備要求高，在工業(yè)化生產(chǎn)中可能受影響。均相沉淀法反響溫度高，反響時(shí)間長(zhǎng)，收率相對(duì)較低，生產(chǎn)本錢(qián)高。直接沉淀法操作工藝簡(jiǎn)單，控制反響條件可制得片狀、針狀和球形的超細(xì)氫氧化鎂粉體。直接沉淀法的原理是在可溶性性鎂鹽中參加沉淀劑后，于一定條件下從溶液中析出，將雜質(zhì)洗去，別離、枯燥得到超細(xì)氫氧化鎂。該方法由于沉淀劑直接參加，而來(lái)不及擴(kuò)散，造成局部濃度過(guò)高，從而合成出的超細(xì)氫氧化鎂粒徑分布寬。本文以硝酸鎂和氨水為原料，通過(guò)直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂，探討了溫度、反響時(shí)間、反響物濃度，以及作為分散劑的無(wú)水乙醇和聚乙二醇6000添加量對(duì)Mg(OH)2粒徑和性能的影響。1實(shí)驗(yàn)局部1.1試劑選用Mg(NO3)2﹒6H2O(XX市科密歐化學(xué)試劑)，氨水〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%-28%，匯虹試劑〕，無(wú)水乙醇〔XX市大茂化學(xué)試劑廠〕，聚乙二醇6000〔市民豐試劑廠〕，所有試劑均為分析純。1.2實(shí)驗(yàn)方法一定濃度的硝酸鎂與無(wú)水乙醇〔或PEG6000〕置于密閉的圓底燒瓶中攪拌均勻，通過(guò)恒溫水浴槽保持一定溫度。在機(jī)械攪拌條件下，用滴液漏斗將10mL濃氨水緩慢滴加至三口燒瓶中，反響一段時(shí)間，再真空抽濾，用去離子水和無(wú)水乙醇各洗滌三遍，于100℃真空枯燥一小時(shí)，研磨后得到樣品。1.3產(chǎn)物分析和表征用Mastersizer2000激光粒度儀〔英國(guó)馬爾文公司〕分析樣品的粒度分布；用普析通用儀器XX公司X-射線衍射儀〔掃描速率4°.min-1，掃描角度10°-70°〕對(duì)樣品物相及構(gòu)造進(jìn)展表征2結(jié)果與討論2.1反響溫度的影響反響溫度對(duì)超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑影響圖1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)反響溫度由20℃上升到50℃時(shí)，產(chǎn)品平均粒徑先減小后增大。當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，氫氧化鎂顆粒分布不均，為無(wú)定形狀，容易團(tuán)聚成大粒子。隨著溫度的升高，反響溶液黏度降低且分子圖1反響物溫度對(duì)氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.1.TheinfluenceofreactiontemperatureonMHaverageparticlesize動(dòng)能增加，晶體成核速度大于晶體的生長(zhǎng)速度，形成更多的晶核，有利于制備出平均粒徑較小的超細(xì)氫氧化鎂。然而，當(dāng)反響溫度超過(guò)45℃時(shí)，晶體生長(zhǎng)速度加快，粒子粒徑明顯增大。同時(shí)，在過(guò)高溫下，氨水容易揮發(fā)不利于反響進(jìn)展，致使原料浪費(fèi)和導(dǎo)致空氣污染。因此反響溫度為30℃是最正確選擇。2.2反響物濃度的影響圖2反響物濃度對(duì)氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.2.TheinfluenceofconcentrationofMg(NO3)2onMHaverageparticlesize反響物濃度對(duì)對(duì)超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑影響如圖2所示。隨著硝酸鎂濃度的增加，超細(xì)氫氧化鎂的平均粒徑明顯增大。但是當(dāng)硝酸鎂濃度為0.05mol·L-1，反響物濃度太低使體系飽和度降低，不利于產(chǎn)生大量的晶核，此濃度制備的產(chǎn)品粒徑明顯大于0.1mol·L-1硝酸鎂制備的產(chǎn)品粒徑。只有當(dāng)晶體的成核速度與晶體生長(zhǎng)速度到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，才能制備性能更穩(wěn)定，粒徑更小的產(chǎn)品。隨著硝酸鎂濃度的增加，溶液飽和度進(jìn)一步增加，致使晶體成核速度大于生長(zhǎng)速度，產(chǎn)生大量的粒子不能較好的分散，自身很容易再次團(tuán)聚形成大粒子。另一方面，隨著氨水比例的增加，沉淀能夠更完全。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，當(dāng)硝酸鎂濃度為0.1mol·L-1〔反響物摩爾比約為1:13〕是最正確選擇。2.3反響時(shí)間的影響圖3反響時(shí)間對(duì)氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.3.TheinfluenceofreactiontimeonMHaverageparticlesize反響時(shí)間對(duì)對(duì)超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑影響如圖3所示。當(dāng)反響時(shí)間小于0.5h時(shí),粒徑隨著反響時(shí)間增加而減小,進(jìn)一步增加反響時(shí)間,顆粒粒徑明顯變大。一般情況下硝酸鎂同氨水之間的反響速度很快,但是開(kāi)場(chǎng)生成的為無(wú)定形氫氧化鎂，晶型轉(zhuǎn)化需要一定的時(shí)間，當(dāng)反響時(shí)間太短時(shí)，那么產(chǎn)物大局部將以無(wú)定形態(tài)存在并且容易團(tuán)聚，容易形成較大顆粒。隨著反響時(shí)間的延長(zhǎng)，氫氧化鎂晶粒獲得的能量變高，活性增強(qiáng)，體積較小的氫氧化鎂可以從體積較大的氫氧化鎂晶粒中脫離出來(lái)形成粒徑較小的產(chǎn)品，但反響時(shí)間到達(dá)一定值后，細(xì)小的氫氧化鎂晶?？梢园l(fā)生二次團(tuán)聚，導(dǎo)致產(chǎn)品的最終平均粒徑反而增大，因此反響時(shí)間可控制在30min。2.4無(wú)水乙醇添加量的影響圖4無(wú)水乙醇添加量對(duì)氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.4.TheinfluenceoftheamountofethanolonMHaverageparticlesize無(wú)水乙醇的添加量對(duì)超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑影響如圖4所示。無(wú)水乙醇的參加有助于減少超細(xì)氫氧化鎂的團(tuán)聚，隨著參加量的增大，無(wú)水乙醇的分散效果更明顯。當(dāng)無(wú)水乙醇的參加量V=90mL-100mL時(shí)，超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑大小趨于穩(wěn)定值，此時(shí)，無(wú)水乙醇那么使粒子外表的吸附量到達(dá)飽和，使超細(xì)氫氧化鎂處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此，本文選擇無(wú)水乙醇的添加量為100mL.根據(jù)激光粒度儀的檢測(cè)結(jié)果，超細(xì)氫氧化鎂粒子主要分布在120nm-150nm之間，D(90)=208nm。2.5聚乙二醇6000添加量的影響圖5mPEG6000的添加量對(duì)氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.5.TheinfluenceoftheamountofPEG6000onMHaverageparticlesizePEG6000的添加量對(duì)超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑影響如圖5所示。因超細(xì)粒子具有大的比外表積，常常團(tuán)聚構(gòu)成二次粒子。添加的外表活性劑可吸附或包裹在粒子外表,能降低自由能,阻止溶液中的OH-和Mg2+在已生成的氫氧化鎂晶格外表聚集，從而抑制粒子的長(zhǎng)大。本實(shí)驗(yàn)采用的聚乙二醇6000為非離子外表活性劑，當(dāng)聚乙二醇6000的添加量過(guò)少時(shí)，氫氧化鎂粒子外表吸附不完全或包裹層太薄，不能很好地起到空間位阻作用。假設(shè)聚乙二醇添加量過(guò)多時(shí)，那么會(huì)使粒子外表的吸附量到達(dá)飽和，那么剩下游離的聚乙二醇會(huì)在粒子間"架橋〞而導(dǎo)致一定的絮凝，從而降低體系的穩(wěn)定性，也不能形成較小的氫氧化鎂粒子。因此，聚乙二醇的添加量那么控制在一定圍。本文聚乙二醇6000較好的添加量應(yīng)為六水硝酸鎂質(zhì)量的6%，激光粒度儀D〔90〕可到達(dá)200nm，其中氫氧化鎂粒子主要集中在120nm-150nm之間。2.6兩種分散劑所制得樣品的XRD表征比照?qǐng)D6Mg(OH)2的XRD衍射圖Fig.6.XRDpatternsofsamples兩種分散劑所制得樣品的XRD衍射分析結(jié)果如圖6所示，與純氫氧化鎂的XRD圖譜對(duì)照，可知產(chǎn)