一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺

摘要

一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺，涉及一种化工材料制备工艺。以氯化镁为原料，配置氯化镁溶液，使之在带搅拌的鼓泡式反应器内与以速率通入的氨气反应，控制搅拌速率及反应温度。反应后，反应液经恒温陈化、过滤洗涤及干燥处理后得到松散的四方块状(六面体结构)微细氢氧化镁粉体。滤液中的铵盐可通过蒸氨反应制备沉镁过程中使用的氨气，从而实现氨的循环。本工艺实现了不使用助剂情况下的常温一步法合成氢氧化镁阻燃剂技术，产品质量好，无需水热处理，操作步骤简单，设备占地少，生产成本低，污染物排放量小，适宜于规模生产。

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工材料制备工艺，特别是涉及一种一步法制备高分散性四方块状微细颗粒氢氧化镁阻燃剂的新工艺。

背景技术

随着高分子材料生产的快速发展和广泛应用，其易燃性也日益引起人们的关注。为解决高分子材料的阻燃和抑烟问题，人们开发出卤系、磷系以及金属无机阻燃剂等阻燃剂产品。虽然卤系、磷系阻燃剂的阻燃效果好，但在燃烧时会产生有毒和腐蚀性气体，因此其应用越来越受到限制。氢氧化镁(MH)作为一种“绿色环保”型无机阻燃剂，具有不挥发、不腐蚀、不产生有毒气体，分解温度高，抑烟能力强等优点，在国内外得到迅速发展和普遍重视，并已大规模用于电线、电缆、聚氯乙烯、聚苯乙烯等高分子材料的阻燃。

然而，普通型氢氧化镁作为阻燃剂还有诸多缺点：与高聚物相容性差，大量添加在基质材料中易使其加工性能和产品质量降低。为改善其性能，氢氧化镁粉体的超细化、晶型均一化、颗粒粒径分布均匀化是主要发展方向。目前国内外所报道的氢氧化镁阻燃剂制备工艺虽然在不断改进，但仍没有摆脱常温合成、水热处理、表面改性三步法工艺。尚存在流程较长、温度和压力较高、产品产量小、生产成本高等缺点。本发明就是针对传统工艺存在的不足，而提出一种更为合理的工艺方法，从而解决工艺流程复杂、能耗高、产品颗粒粒径大、粒度分布不均匀、晶型不均一等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺。采用该法生产成本低、过程实现容易、产品质量高；同时通过蒸氨过程可从沉镁滤液获取反应物料氨气，以使反应物料氨循环使用，达到降低成本、减少污染物排放的作用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺，该工艺采用氯化镁为原料、配成溶液并进行剧烈搅拌，再将溶液加入到鼓泡式反应器中加热，沉淀剂氨气则以鼓泡形式通入到该反应液中，经反应、陈化及过滤洗涤和干燥处理得到高分散性的微细四方块状六面体结构氢氧化镁粉体，滤液中的铵盐通过蒸氨反应以回收氨气用于前一步的镁沉淀反应。

所述的一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺，反应物氨气直接以气体鼓泡方式进入反应体系与氯化镁溶液反应，沉淀出氢氧化镁产品。

所述的一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺，沉镁反应温度为70℃～90℃，氯化镁溶液浓度为1.0～2.0mol/L，反应时间为2～3h。

所述的一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺，制备的氢氧化镁产品颗粒为边长相近的四方块状六面体结构，为高分子材料的阻燃添加剂。

所述的一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺，制备的氢氧化镁产品颗粒粒度均匀，激光粒度分布仪测试平均颗粒径D₅₀为0.3～1.0μm；XRD测试I₀₀₁/I₁₀₁为0.8～1.5。

所述的一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺，沉镁反应中无表面活性剂助剂、合成产品无需经过水热过程处理并连续过程生产。

所述的一步法制备高分散性四方块状微细氢氧化镁的工艺，过滤出氢氧化镁产品后的滤液中的铵盐进一步用于蒸氨反应过程的氨循环使用。

本发明的优点与效果是：

1.采用氨气为反应物料，反应后产物母液过滤、洗涤均容易，氢氧化镁产品纯度很高。

2.采用鼓泡床反应器，氨气通过鼓泡方式直接通入氯化镁溶液，从而优化反应体系宏观及微观混合效果。

3.所制得产品呈四方块状(六面体结构)，颗粒晶型饱满、均一且分散性好，比表面积小于同粒径的六方片状颗粒(八面体结构)。产品颗粒粒度均匀(分布范围窄)，平均粒径D₅₀小于1.0μm，最大颗粒径小于10.0μm。

4.反应在较温和的温度(低于100℃)和压力(基本为常压)条件下一步完成，无需水热处理、不需要使用起调节产品晶型作用的助剂(如表面改性剂)，操作步骤简单，所需设备容易实现且占地面积少，并能够很好的控制粉体粒径分布及晶型。在反应过程中不使用表面改性剂，从而降低生产成本及外界环境污染。

5.利用蒸氨过程可从产品滤液回收氨气实现氨循环，进一步提高了该工艺的经济效益，减少污染物排放。

6.本发明开发的工艺能够一步法合成高质量阻燃剂型MH产品，操作步骤简单，所需设备及占地面积少，设备投资及生产费用低，污染物排放量少，适宜于规模生产。

附图说明

本发明的图1为氢氧化镁粉体颗粒四方块状形状示意图；

本发明的图2为介绍氢氧化镁粉体颗粒六方片状形状示意图；

本发明的图3为本技术条件下氢氧化镁产品颗粒表征，SEM照片(放大1500倍)；

本发明的图4为本技术条件下氢氧化镁产品颗粒表征，SEM照片(放大10000倍)；

本发明的图5为本技术条件下氢氧化镁产品颗粒表征，粒度分布曲线图；

本发明的图6为本技术条件下氢氧化镁产品颗粒表征，XRD曲线图。

注：本发明附图为产品状态(结果)的辅助说明图，图中函数及照片的清晰与否并不影响对本发明的理解。

具体实施方式

本发明首先将氯化镁配成一定浓度的溶液，加入到鼓泡式反应器中并充分搅拌情况下按一定的气液比以鼓泡方式直接通入氨气，控制反应温度于一定范围内进行沉镁反应，反应一定时间并反应液pH值为9.5左右，恒温陈化0.5～4h后进行过滤、洗涤及干燥得到松散性四方块状微细氢氧化镁粉体(六面体结构)。滤液中铵盐可用于蒸氨反应，从而氨循环使用。

本发明采用氯化镁为原料，配成一定浓度溶液并进行剧烈搅拌。将以上溶液加入到鼓泡式反应器中并加热至一定温度，沉淀剂氨气则以鼓泡形式通入到该反应液中，经反应、陈化及过滤洗涤和干燥处理得到高分散性的微细四方块状(六面体结构)氢氧化镁粉体，滤液中的铵盐可通过蒸氨反应以回收氨气用于前一步的镁沉淀反应。反应物氨气直接以气体鼓泡方式进入反应体系与氯化镁溶液反应，沉淀出氢氧化镁产品。沉镁反应温度为70℃～90℃，氯化镁溶液浓度为1.0～2.0mol/L，反应时间为2～3h。制备的氢氧化镁产品颗粒为边长相近的四方块状(六面体结构，如附图1之示意)而不是普通的六方片状(八面体结构，如附图2之示意)形体，产品可用作高分子材料的阻燃添加剂。制备的氢氧化镁产品颗粒粒度均匀，激光粒度分布仪测试平均颗粒径D₅₀为0.3～1.0μm；产品颗粒分散性好，XRD测试I₀₀₁/I₁₀₁为0.8～1.5。沉镁反应中无需使用表面活性剂等助剂、合成产品也无需再经过水热过程处理，从而降低生产成本、减少生产步骤并能实现连续过程生产。过滤出氢氧化镁产品后的滤液中的铵盐可进一步用于蒸氨反应以实现整个过程的氨循环利用，从而理论上没有氨消耗，无污染物排放。

实施例一

配置1.0mol/L的精制氯化镁溶液，取该溶液500mL加入容积为2000mL的鼓泡式反应器中，搅拌反应器内溶液并控制其温度于70℃，将氨气以鼓泡形式直接通入反应液进行沉镁反应，氨气流量为0.20g/min，70℃恒温反应2h反应液pH值为9.5左右，得到氢氧化镁与铵盐的乳白色悬浊液。产物溶液70℃恒温陈化2h，真空抽滤陈化后产物液，滤饼用去离子水洗涤3次后在80℃条件下真空干燥12h，得到结晶程度很好的松散性四方块状微细氢氧化镁粉体。滤液返回蒸氨装置，并补充适量镁源，循环操作。

实施例二

配置2.0mol/L的精制氯化镁溶液，取该溶液500mL加入容积为2000mL的鼓泡式反应器中，搅拌反应器内溶液并控制其温度于90℃，将氨气以鼓泡形式直接通入反应液进行沉镁反应，氨气流量为0.50g/min，90℃恒温反应3h反应液pH值为9.5左右，得到氢氧化镁与铵盐的乳白色悬浊液。产物溶液70℃恒温陈化1h，真空抽滤陈化后产物液，滤饼用去离子水洗涤3次后在80℃条件下真空干燥12h，得到结晶程度很好的松散性四方块状微细氢氧化镁粉体，颗粒平均直径D₅₀约为0.7μm，最大粒径(二次颗粒)小于5.0μm。