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：實驗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，如反響時間、反響溫度、反響物濃度和分散劑的添加量。同時采用激光粒度儀和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.實驗研究結(jié)果說明，作為分散劑的無水乙醇和PEG6000通過阻礙粒子團(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〕因其無毒、抑煙、分解溫度高等特點，可作為高性能無機阻燃劑應(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，近年來成為國外研究和開發(fā)的熱點，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]。粉碎法通過機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，反響時間長，收率相對較低，生產(chǎn)本錢高。直接沉淀法操作工藝簡單，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，而來不及擴散，造成局部濃度過高，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，通過直接沉淀法制備超細(xì)氫氧化鎂，探討了溫度、反響時間、反響物濃度，以及作為分散劑的無水乙醇和聚乙二醇6000添加量對Mg(OH)2粒徑和性能的影響。1實驗局部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實驗方法一定濃度的硝酸鎂與無水乙醇〔或PEG6000〕置于密閉的圓底燒瓶中攪拌均勻，通過恒溫水浴槽保持一定溫度。在機械攪拌條件下，用滴液漏斗將10mL濃氨水緩慢滴加至三口燒瓶中，反響一段時間，再真空抽濾，用去離子水和無水乙醇各洗滌三遍，于100℃真空枯燥一小時，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超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑影響圖1所示。實驗結(jié)果說明，當(dāng)反響溫度由20℃上升到50℃時，產(chǎn)品平均粒徑先減小后增大。當(dāng)溫度過低時，氫氧化鎂顆粒分布不均，為無定形狀，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反響物溫度對氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.1.TheinfluenceofreactiontemperatureonMHaverageparticlesize動能增加，晶體成核速度大于晶體的生長速度，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45℃時，晶體生長速度加快，粒子粒徑明顯增大。同時，在過高溫下，氨水容易揮發(fā)不利于反響進(jìn)展，致使原料浪費和導(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反響物濃度對氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.2.TheinfluenceofconcentrationofMg(NO3)2onMHaverageparticlesize反響物濃度對對超細(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速度到達(dá)動態(tài)平衡時，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。實驗結(jié)果說明，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反響時間的影響圖3反響時間對氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.3.TheinfluenceofreactiontimeonMHaverageparticlesize反響時間對對超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑影響如圖3所示。當(dāng)反響時間小于0.5h時,粒徑隨著反響時間增加而減小,進(jìn)一步增加反響時間,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,但是開場生成的為無定形氫氧化鎂，晶型轉(zhuǎn)化需要一定的時間，當(dāng)反響時間太短時，那么產(chǎn)物大局部將以無定形態(tài)存在并且容易團(tuán)聚，容易形成較大顆粒。隨著反響時間的延長，氫氧化鎂晶粒獲得的能量變高，活性增強，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形成粒徑較小的產(chǎn)品，但反響時間到達(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，因此反響時間可控制在30min。2.4無水乙醇添加量的影響圖4無水乙醇添加量對氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.4.TheinfluenceoftheamountofethanolonMHaverageparticlesize無水乙醇的添加量對超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑影響如圖4所示。無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，無水乙醇的分散效果更明顯。當(dāng)無水乙醇的參加量V=90mL-100mL時，超細(xì)氫氧化鎂平均粒徑大小趨于穩(wěn)定值，此時，無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，本文選擇無水乙醇的添加量為100mL.根據(jù)激光粒度儀的檢測結(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的添加量對氫氧化鎂平均粒徑的影響Fig.5.TheinfluenceoftheamountofPEG6000onMHaverageparticlesizePEG6000的添加量對超細(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，從而抑制粒子的長大。本實驗采用的聚乙二醇6000為非離子外表活性劑，當(dāng)聚乙二醇6000的添加量過少時，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)聚乙二醇添加量過多時，那么會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表征比照圖6Mg(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圖譜對照，可知產(chǎn)