水熱法合成高分散易過濾高阻燃氫氧化鎂

孫 雨，高恩雙，潘旭杰，宗 俊

（華東師范大學化學系，上海200241）

氫氧化鎂是一種環境友好型、熱穩定性好并且應用范圍廣的阻燃劑，還可以作為制備氧化鎂的前驅體［1］。 氫氧化鎂的合成方法很多［2-3］。 筆者采用常溫合成-水熱改性的方法制備氫氧化鎂。常溫合成的氫氧化鎂屬于凝膠狀的，晶體表面帶有電荷，具有很強的極性，十分容易團聚，導致過濾性能很差，不容易在非極性的高分子材料中分散均勻。水熱改性合成出的氫氧化鎂極性大大減弱［4-5］，可以合成出粒徑分布均勻、分散性好、容易過濾的高阻燃性氫氧化鎂。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

JL-1166型激光粒度測試儀、DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、DZF-6020型真空干燥箱、減壓循環真空泵、SGM2893HA電阻爐（馬弗爐）、85-2A數顯恒溫磁力攪拌器、D-78型X射線衍射儀、KQ-3200DA型數控超聲儀、S-4800掃描電子顯微鏡。

氫氧化鈉、六水氯化鎂、十二烷基硫酸鈉、乙醇，均為AR。

1.2 氫氧化鎂的制備方法

以MgCl2和NaOH為原料，加入一定量的十二烷基硫酸鈉作為分散劑，采用雙柱法制得前驅體溶液，然后加入一定量乙醇作為晶型控制劑，放入水熱反應釜中，在120～230℃反應。將得到的水熱產物經80℃真空干燥12 h后，做分散處理，進行粒度測定以及其他表征。

1.3 實驗原理

前一個階段主要是MgCl2溶于水中遇堿生成Mg（OH）2沉淀，后一個階段就是 Mg（OH）2沉淀的水熱改性。反應方程式如下：

2 結果與討論

2.1 加料方式對產物粒度和過濾性能的影響

為了探究加料方式對產物的影響，在常溫下合成氫氧化鎂，固定攪拌轉速為600 r/min，氫氧化鈉與六水氯化鎂的物質的量比為2∶1。加料方式對產物粒徑的影響見圖1。由圖1可知，使用雙柱法得到的產物粒徑分布較好。這是由于采用單柱法的時候，溶液的離子積很快大于氫氧化鎂的溶度積，產生大量的氫氧化鎂；雙柱法可以保證生成晶核的速度不至于過快，整個體系的相對飽和度較低，產物粒度較均勻。采用單柱法時，抽濾時間為5 min，產物過濾性差；采用雙柱法時，抽濾時間為30 s，產物過濾性好。所以為了得到更好的氫氧化鎂阻燃劑，下面的實驗均采用雙柱法。

圖1 加料方式對產物粒徑的影響

2.2 反應物物質的量比對粒徑的影響

反應物物質的量比對產品粒徑的影響如表1所示。 由表1可以看出，隨著 n（NaOH）∶n（MgCl2）的增加，D50先變小后變大，n（NaOH）∶n（MgCl2）為 2.5∶2時D50最小。通過增加氫氧化鈉的物質的量，OH-的濃度升高，使得Mg2+和OH-互相碰撞生成氫氧化鎂的機率增加，晶體成核速度加快，晶體容易長大，但隨著濃度的進一步升高，晶體生長方式趨向于均相成核，并且氫氧化鎂具有較強的吸水性，容易團聚，使顆粒粒徑變大。

表1 反應物物質的量比對產品粒徑的影響

2.3 水熱溫度對產物粒徑及過濾性能的影響

水熱溫度對產物粒徑的影響見表2、圖2和圖3。由表2、圖2和圖3可知，120℃時粒度分布很不均勻；170℃的粒度分布均勻；200℃時，顆粒粒徑的生長速度變快，顆粒粒徑變大。

水熱溫度為120℃時，抽濾時間為20 min，產物過濾性很差；溫度為140℃時，抽濾時間為10 min，產物過濾性很差；溫度為170℃時，抽濾時間為1 min，產物過濾性好；溫度為200℃時，抽濾時間為45 s，產物過濾性好。水熱溫度達到170℃之后，過濾性能大大改善，抽濾時間大大縮短，這對工業上生成氫氧化鎂的實際生產有很大的指導意義。

表2 水熱溫度對產物粒徑的影響

圖2 120℃時粒度分布

圖3 反應溫度對粒度的影響

2.4 水熱時間對粒徑的影響

在氫氧化鎂的合成過程中，常溫合成的氫氧化鎂晶體是絮凝膠體，粒度非常小；在水熱環境中，氫氧化鎂經過溶解過程與長大過程，經過水熱反應過程晶體粒子長大，達到粒度儀可以測量的水平。表3是水熱時間對粒度的影響。由表3可知，水熱時間為9 h時，粒子粒徑最小，選擇水熱時間為9 h。

表3 不同水熱時間的晶體粒徑變化

2.5 水熱產物的XRD及SEM分析

使用雙柱法，水熱時間為9 h，在不同水熱溫度下測得的XRD譜圖見圖4。由圖4可見，X射線衍射峰尖銳，表明晶體結晶度好。水熱溫度對001衍射峰的強度影響最大，在170℃時，峰強很高，說明這時候的氫氧化鎂晶體生長的主要方向發生了變化，通過水熱反應生成了表面極性較低的氫氧化鎂六方片狀顆粒。

圖4 不同水熱溫度下的XRD譜圖

圖5是在最佳條件下得到的氫氧化鎂的SEM圖。由圖5可見，氫氧化鎂是非常規則的六方片狀晶體，粒徑可達到100 nm左右。

圖5 氫氧化鎂SEM圖

3 結論

采用氫氧化鈉和六水氯化鎂為原料，十二烷基硫酸鈉為常溫合成時的分散劑，乙醇為水熱時的晶型控制劑，制備氫氧化鎂。實驗結果表明：常溫反應合成氫氧化鎂，氫氧化鈉和氯化鎂的物質的量比為2.5∶2，在170℃水熱9 h，可以得到粒徑較小、分散性好、極性較弱、過濾性能好的氫氧化鎂阻燃劑產品。

［1］楊朋，侯翠紅，趙慧靈，等.氫氧化鎂阻燃劑的制備工藝研究［J］.河南化工， 2010，27（8）：68-70.

［2］路紹琰，李先國，高傳慧，等.氫氧化鎂阻燃劑的研制進展［J］.鹽業與化工，2010，39（4）：45-48.

［3］陳敏，劉志啟，李麗娟.氫氧化鎂阻燃劑及其結晶機理的研究進展［J］.廣州化工，2010，38（7）：17-19.

［4］陳建銘，張兆震，宋云華.水熱反應條件對氫氧化鎂晶體微觀內應變的影響［J］.人工晶體學報，2011，40（2）：396-399.

［5］Song Xingfu，Sun Shuying，Zhang Dengke，et al.Synthesis and characterization of magnesium hydroxide by batch reaction crystallization［J］.Front.Chem.Sci.Eng.，2011，5（4）：416-421.