以聚乙二醇6000为分散剂用直接沉淀法制备纳米氢氧化镁

第39卷 第5期2011年9月

河南师范大学学报(自然科学版)

J our nal of H enan N or mal Univ er sity(N atur al Science Ed itio n)

Vol.39 N o.5

Sep t.2011

文章编号:1000-2367(2011)05-0110-04

以聚乙二醇6000为分散剂用直接沉淀法制备纳米氢氧化镁

苗 郁,陈改荣,王 辉,郭晓伟

(新乡学院化学与化工学院,河南新乡453003)

摘 要:以氯化镁和氨水为原料,聚乙二醇6000为分散剂,利用直接沉淀法合成了粉末状、粒度均匀且分散性好的纳米氢氧化镁.研究了分散剂用量,反应时间,反应温度,反应物配比等对氢氧化镁颗粒平均粒径的影响,并采用红外光谱(F T IR)、X射线衍射(XR D)、扫描电镜(SEM)对颗粒结构进行表征.结果表明,制备纳米氢氧化镁的最优工艺条件为:分散剂聚乙二醇6000浓度为1.50g/mo l M g Cl2,反应时间30min,反应温度35 ,M gCl2和氨水的摩尔比为1 3.

关键词:氢氧化镁;直接沉淀法;聚乙二醇6000

中图分类号:T Q132.2文献标志码:A

无机阻燃剂氢氧化镁由于其分解温度高(340~490 )、热稳定性好,无毒、无味,且具有阻燃、填充、抑烟三重功能,可作为高性能无机阻燃剂,应用于涂料、橡胶、电缆、纤维制品等领域.用它填充的高分子材料能大大提高材料的阻燃性能、力学性能和其它性能,受到人们的欢迎[1].

目前制备纳米氢氧化镁的方法有水热反应法[2-3]、均匀沉淀法[4-5]、直接沉淀法[6-7]等[8].水热法对设备要求高,在工业扩大化生产中可能会受到影响.均匀沉淀法反应温度高,反应时间长,收率相对较低,生产成本高.直接沉淀法操作工艺简单,控制反应条件可制得片状、针状和球形的纳米氢氧化镁粉体.但用氢氧化钠方法制备纳米氢氧化镁成本相对较高,而且制备分散性良好的纳米氢氧化镁所需反应条件苛刻.

本论文以氯化镁和氨水为原料,用聚乙二醇6000为分散剂,研究氢氧化镁阻燃剂的制备,找到生产纳米级氢氧化镁的最佳方法和工艺条件,为开发出形状和粒度都符合要求的高质量纳米氢氧化镁打下坚实的基础.

1 实验部分

1.1 实验药品

PEG6000(聚乙二醇6000,Mr=5000~6000,天津市德恩化学试剂有限公司);氨水(分析纯,洛阳昊华化学试剂有限公司);M gCl2 6H2O(分析纯,天津市德恩化学试剂有限公司);无水乙醇(分析纯,天津市天力化学试剂有限公司)

1.2 实验仪器

JA503电子分析天平,BT9300H粒度分析仪,85-2恒温磁力搅拌器,DH G-9145A型电热恒温鼓风干燥箱,H T-200B型超声波清洗机,SH B-III循环式多用真空泵,BRUKER T ENSOR27红外光谱仪,AM ARY-1000B型(美国)扫描电子显微镜,德国布鲁克D8X射线衍射仪.

1.3 试验方法

称取20.3g Mg Cl2 6H2O于100m L烧杯中,加入适量PEG6000超声波震荡至完全溶解,量取一定浓度的氨水,在一定温度并且强烈搅拌下将氯化镁溶液徐徐转入氨水中,转移完毕后继续强烈搅拌一定时

收稿日期:2010-03-20

基金项目:河南省重点科技攻关(112102210250);新乡市重点科技攻关(ZG11008)资助项目

作者简介:苗 郁(1974-),男,河南汝南人,河南新乡学院讲师,主要从事纳米材料研究.

通讯作者:陈改荣(1962-),女,河南新乡人,新乡学院教授,主要从事纳米材料研究,email:x xcg r@.

间,用减压过滤装置过滤,过滤完毕后先以pH 值11的稀氨水搅拌洗涤并过滤,如此重复3次.最后用无水乙醇洗涤2次,转入蒸发皿中,置于真空干燥器中50 下干燥2h,得到疏松的白色M g (OH )2粉体.

采用单因素变量条件实验,探讨了分散剂用量、反应温度、反应时间、反应物配比等因素对M g (OH )2粒度和形貌的影响,寻求纳米氢氧化镁的最佳制备工艺条件.产品使用粒度分析仪,XRD,红外与扫描电镜表征,研究制备纳米氢氧化镁的优化实验条件,为其工业应用提供一定的理论基础.

2 结果与讨论

2.1 分散剂用量的影响

在反应温度为35 ,反应时间为30min,氯化镁和氨水反应物摩尔比为1 3时,用不同PEG6000浓度进行试验,其对M g (OH )2的粒径影响如图1所示.由图1可见随着聚乙二醇(PEG)浓度的增加.Mg (OH )2的粒径逐渐减小,但当聚乙二醇(PEG)增加到1.50g/m ol M gCl 2以后氢氧化镁的粒径逐渐增加,可见聚乙二醇(PEG)的最佳加入量为1.50g /mo l M g Cl 2.加入分散剂聚乙二醇可以使反应物混合均匀,同时吸附在离子表面而产生空间位阻效应,可有效地抑制晶粒的生长和防止粒子团聚.但加入过量的聚乙二醇6000后,高分子分子量较大,分子链较长,反而抑制了反应的进行,使M g(OH )2的粒径增大.

3.2 反应温度的影响

当反应时间为30m in,氯化镁和氨水反应物摩尔比为1 3时,聚乙二醇(PEG)浓度为1.50g /mo l Mg Cl 2,反应温度对氢氧化镁粒径的影响如图2所示.由图2可知,温度小于35 时可制得粒径在120nm 以下的氢氧化镁粉体.但随着反应温度的升高,氢氧化镁的粒径增大较快,当温度为50 时颗粒粒径达到190nm.低温条件下,晶核生成速率比晶体生长速率快,不利于晶核的长大,一般得到细小的晶体.随着温度上升,降低了溶液的粘度,增大了传质系数,加速了晶体的生长速率,从而使晶核增大.当温度超过40 时,晶核间团聚加剧,颗粒平均粒径陡增

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3.3 反应时间的影响

当反应温度为35 ,氯化镁和氨水反应物摩尔比为1 3时,聚乙二醇(PEG )浓度为1.50g /mo l Mg Cl 2,反应时间对氢氧化镁粒径的影响如图3所示.由图3可知反应时间由10min 延长到30min 时,粒径由大变小,但30m in 后,产物粒径增幅较大.反应刚开始时,生成物中存在大量的未成形的胶体物质,影响产物的过滤性能,同时加重氢氧化镁晶粒的团聚,使产品的粒径增大.随着反应时间的延长,氢氧化镁晶粒获得的能量变高,活性增强,体积较小的氢氧化镁可以从体积较大的氢氧化镁晶粒中脱离出来形成粒径较小的产品.但是反应时间达到一定值后,细小的氢氧化镁晶粒可以发生二次团聚,导致产品的最终平均粒径反而增大,所以应控制在合理时间内.

3.4 反应物配比的影响

反应物配比即氯化镁中M g 2+同沉淀剂(氨水)的摩尔比对Mg (OH )2的产率和产物性能影响较大,当氯化镁浓度一定时,适当增加氨水用量,则M g 2+沉淀越完全,即悬浮在液体中的M g(OH )2沉淀就越多,有利

111第5期 苗 郁等:以聚乙二醇6000为分散剂用直接沉淀法制备纳米氢氧化镁