超细氢氧化镁阻燃剂的超声制备

波发生器 (超声波频率为 40 kHz,输出功率为 40 ～
100 W ) , HS24 - 150 - A 型体视显微镜 ( ×1600 ) ,
TENSOR37型傅里叶变换红外光谱仪 ( R ruker公司
生产 ) 。
1. 2 实验方法及表征
1. 2. 1 实验原理
沉淀反应 :
M g2 + + 2OH -
Ba (NO3 ) 2检测溶液中 SO24 - ,直到上层清液无沉淀 生成为止 。
转移沉淀 ,并在 120 ℃温度下烘干 ,再在 300 ℃
的电炉中煅烧 2 h,得到白色产物 ,然后对其进行适
当的研磨 ,并用体视显微镜观察分析其形貌和粒径 。
1. 2. 3 实验观察
将硫酸镁溶液与油酸钠混合均匀 ,溶液呈白色
M g (OH ) 2粒径随超声功率增加而减小 ,因为超 声波的剧烈振荡破坏了大颗粒团聚体中小微粒之间 的库仑力或范德华力 [ 6 ] ,从而使颗粒以小颗粒的形 式分散于溶液中 ,使得颗粒粒径变小 。故应尽量选 取较大的功率 ,但功率过大一方面动力消耗较大 ,另 一方面噪音过高 ,影响操作者健康 。所以 ,超声波功 率为 40 W 时较合适 。 2. 1. 4 碱用量
无机阻燃剂不仅具有较好的热稳定性 、不挥发 、
无毒 、无腐蚀等优点 ,而且在燃烧时不易造成二次污 染 ,有着很好的环保价值 。因此 ,它已成为阻燃剂发 展的主流趋势 [ 1 ] 。特别是作为无机铝镁阻燃剂系 列之一的 M g (OH ) 2 ,分解温度可高达 340 ℃,并且 有着良好的阻燃和发烟抑制效果 。然而 , M g (OH ) 2 作为添加剂使用时 ,如果粒径较大或其用量达到一 定程度 ,不仅会使高分子材料的机械性能 、抗冲击强 度等显著降低 [ 2 ] ,而且不利于与基体发生良好的融 合 [ 3 ] 。为了减少 M g (OH ) 2的添加量 ,并保持高分子 材料已有的优良性能 ,必须尽可能地降低对产品性 能的不利影响 ,通常需要对 M g (OH ) 2进行超细化处 理。
在超声波作用下 ,M g (OH ) 2的产率与加热温度 的关系如图 2所示 。从图 2 可以看出 :反应温度与 产率呈二次函数的关系 ,在 50 ℃时 ,产物产率最高 , 此时产物的粒径小 ,且均匀 。因此 ,最佳反应温度控 制在 40～60 ℃最合适 [ 5 ] 。
图 2 M g (OH ) 2产率与反应温度的关系
Superson ic prepara tion of ultra - f ine M g( O H) 2 f ire retardan t
L iu Yanlei, Yu Shuijun, L i Juan, Yang Pei, L i Zunqiang, Shi Yifan ( He′nan Poly techn ic U n iversity, J iaozuo 454000, Ch ina)
通过对固体颗粒的不同超细化方法的研究发
现 :选用物理法所制得的产物晶形往往不易控制 ,粒 径较大 、范围过宽 ;选用化学合成法 ,可以对产物的 合成过程或条件加以控制 ;在直接化学沉淀合成法 中 ,利用超声波的声空化效应更有利于产物的超细 化 [ 4 ] 。超细化的固体颗粒的表面能会因其比表面 积的迅速增大而急剧地增加 ,极易发生团聚 ,不利于 超细化 ,此时就需要使用表面活性剂来降低表面能 , 以阻 止 团 聚 的 发 生 。此 外 , 表 面 活 性 剂 不 仅 具 有助磨和分散作用 , 而且可以 提高 与有机 基体 材 料的相容性 。使用化学沉淀法并利用超声波声空化 技术制备超细 M g (OH ) 2 ,用表面活性剂对产物进行 表面改性 ,得到了性能优良的超细 M g (OH ) 2阻燃 剂。
2. 1. 3 超声波功率 Mg (OH ) 2产率和超声波功率的关系如图 3 所
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无机盐工业 第 39卷第 9期
示 。由图 3看出 : M g (OH ) 2产率随功率增大先减小 后增大 。
图 3 M g (OH) 2产率与超声波功率的关系
剂检测不到 SO24 - 时 ,所得上层清液的 pH 在 7 ～8,
而且从未发现有胶体的出现 。在进行显微镜观察分 析时 ,M g (OH ) 2的沉淀为白色 、均匀分布的超细颗 粒 ,基本没有发生较大的颗粒团聚 。
2 结果与讨论
2. 1 反应条件的影响 2. 1. 1 反应时间
Mg (OH ) 2的产率随时间的变化关系如图 1 所 示 。从图 1可以看出 :随着反应时间的增加 ,产物的 产率也不断地增加 ,在反应的开始阶段 (约 1 h内 ) 产物的产率随时间呈明显的线性增长趋势 ,到 1. 5 h 后产率增加速度明显减慢 。
入一定量的油酸钠溶液予以充分混合 ,然后量取一
定计量的碱溶液加入恒压分液漏斗中 ,在设定的条
件下 ,控制碱的滴加速度 ,进行充分反应 。
反应结束后 ,将沉淀在常温下陈化 0. 5 h,使其
分层 ,小心将上层溶液用吸管吸出 ,然后用离心分离
法反复用去离子水洗涤沉淀 ,使洗水 pH 达到 9. 17
左右 ,再用相应的溶液检测有关的多余离子 ,如用
Mg(OH) 2
超声波对液体可产生声空化效应 ,即在瞬间内
可产生 4 000 ℃的高温 ,及 100 M Pa的高压 ;同时 ,
温度的急剧变化和所产生的强烈冲击波及微射流 ,
又有利于新生成相颗粒的再次碰撞 、超细化 [ 4 ] 。
1. 2. 2 实验过程
在常温下配制各种所需浓度的溶液 。首先量取
பைடு நூலகம்
一定量的硫酸镁溶液加入 250 mL 的三口烧瓶 ,再加
2007年 9月 刘延雷等 :超细氢氧化镁阻燃剂的超声制备
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1 实验材料和方法
1. 1 试剂及主要仪器
试剂 :硫酸镁 ,氢氧化钠 ,油酸钠 ,平平加 ,双氧
水 (质量分数 30% ) ,过硫酸钾 ,甲基丙烯酸甲酯 ,以
上试剂均为分析纯 ;去离子水 。
仪器 :恒压分液漏斗 , KQ - 100DB 型数控超声
图 5 M g (OH ) 2产率与碱滴加时间的关系
图 1 M g (OH ) 2的产率与反应时间的关系
虽然产率随着反应时间的延长而增加 ,但产物 的粒径却变大了 。这是由于刚开始反应物的浓度很 大 ,产物浓度小 ,反应在动力学的作用下反应很快 , 但随着反应时间的延长 ,反应会受到热力学平衡的 影响 ,反应的速率会减慢 ;然而随着时间的延长 ,产 物颗粒会发生团聚 ,产物的粒径增加 。综上分析可 得出 :反应的最佳时间为 1. 0 h。 2. 1. 2 反应温度
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无机盐工业
INORGAN IC CHEM ICALS
INDU STR Y 第230907卷年第9 月9 期
超细氢氧化镁阻燃剂的超声制备
刘延雷 ,于水军 ,李 娟 ,杨 培 ,李尊强 ,史毅帆
(河南理工大学 ,河南焦作 454000)
摘 要 :以硫酸镁和氢氧化钠为主要原料 ,在超声波环境中 ,利用化学沉淀法制备高度分散的超细氢氧化镁阻 燃剂 。并运用对比实验方法 ,研究了反应时间 、温度 、超声功率 、表面活性剂 、引发剂与改性剂等因素对氢氧化镁产 率和粒径的影响 。结果表明 :当反应时间为 1 h、反应温度为 50 ℃、超声波功率为 40 W、碱过量度为 25%、表面活 性剂为油酸钠 、引发剂为双氧水 、改性剂为甲基丙烯酸甲酯时 ,制得质量和性能较好的超细氢氧化镁 。在此基础 上 ,又对氢氧化镁进行湿法表面改性 ,得到了颗粒粒径小 ,分布均匀 ,晶形统一的六方片状超细氢氧化镁 。最后利 用傅里叶变换红外光谱仪对产物的结构进行了分析 。 关键词 :氢氧化镁 ;超声波 ;表面活性剂 ;引发剂 ;改性剂 中图分类号 : TQ132. 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 4990 (2007) 09 - 0020 - 04
2. 1. 5 碱滴加时间 Mg (OH ) 2产率与碱滴加时间的关系如图 5 所
示 。从图 5可以得出 :产物的产率在一定的滴加时 间内改变不会很大 ,但是随着滴加时间的延长 ,产率 下降很快 。滴加时间为 35 m in时颗粒大小虽然在 一定程度上有些增加 ,但是颗粒形状变得更规则一 些 ,并且分布也比较均匀 。滴加时间为 25 m in时颗 粒细小 ,且粒度分布范围较宽 ,从对材料的增强阻燃 效果分析 ,这种粒度分布特征则更为有利 。另外 ,从 图 5也可以看出 ,滴加时间为 25 m in和 35 m in时 , M g (OH ) 2的产率相差并不大 。所以 ,从增强阻燃效 果和节约时间两方面综合考虑 ,滴加时间选择 25 m in比较合适 。
Abstract: H igh - dispersive superfine M g (OH ) 2 fire retardant was p repared by chem ical p recip itation method w ith M gSO4 and NaOH as the main raw materials in the ultrasonic wave environment. M eanwhile, the influence of such factors as reaction time, temperature, ultrasonic power, surfactant, initiator and modifier etc. on the yield and particle size ofM g (OH ) 2 was studied. Results showed when the reaction time was 1 h, reaction temperature was 50 ℃, ultrasonic power was 40 W , al2 kali bellyful degree was 25% , surfactant was sodium oleate, initiator was H2O2 and modifier was methyl methacrylate, the quality and performances of the p repared superfine M g (OH) 2 were better. Based on that, wet surface modification was made subsequently. The further p repared were six - side lamellated superfine M g (OH ) 2 , which were small in particle size, even in distribution and uniform in crystal shape. Finally, through FT - IR , the structure of the p roducts was analysed. Key words:magnesium hydroxide; supersonic wave; surfactant; initiator; modifier