直接沉淀法制备超细氢氧化镁研究

1、直接沉淀法制备超细氢氧化镁摘 要： 实验中采用直接沉淀法合成超细氢氧化镁。考察影响MH粒径大小的影响因素，如反应时间、反应温度、反应物浓度和分散剂的添加量。同时采用激光粒度仪和XRD衍射分析仪表征所制备的超细氢氧化镁的性能。XRD衍射分析结果表明采用两种分散剂制备的产品结构与典型Mg(OH)2的结构一致。产品平均最小粒径为200nm.实验研究结果表明，作为分散剂的无水乙醇和PEG6000通过阻碍粒子团聚，能明显降低产品的平均粒径。从经济和环保角度来讲，采用PEG6000作为分散剂的方法更适合制备超细氢氧化镁。关键词：超细氢氧化镁；直接沉淀法；Mg(OH)2；无水乙醇；PEG6000Prepar

2、ation of superfine magnesium hydroxide by direct precipitation methodAbstract：In this study, superfine magnesium hydroxide was synthesized by direct precipitation method. The influence factors, such as reaction time, reaction temperature, solution concentration and the additive amount of dispersing

3、agent on the particle size of MH were investigated. The properties of prepared Mg(OH)2 were studied by Laser particle size analyzer, X-ray diffraction(XRD). The results of XRD showed that the prepared Mg(OH)2 with two kinds of dispersing agent has the same structure compared to the typical Mg(OH)2.

4、The average particle size is about 200nm. The study indicated that the ethanol and PEG6000 as the dispersing agent can obviously reduce the average size of samples by preventing particles reunion. From the point of view of economic and environmental protection, PEG6000 is better to used as the dispe

5、rsing agents for preparating super fine magnesium hydroxide. Keywords- superfine magnesium hydroxide ; Direct precipitation method ; Mg(OH)2; ethanol; PEG6000引言超细氢氧化镁（MH）因其无毒、抑烟、分解温度高等特点，可作为高性能无机阻燃剂应用于高分子材料中，能进一步提高材料的阻燃性能和力学性能，近年来成为国内外研究和开发的热点，广受人们的关注1-5。目前制备超细氢氧化镁的方法有物理粉碎法6、水热反应法7-8、均相沉淀法9、直接沉淀法10等

6、11。粉碎法通过机械力的作用将水镁石物料粉碎、磨细。粉碎法效率低、能耗大，所得颗粒较粗，粒度分布较宽，里面杂质含量高。水热法对设备要求高，在工业化生产中可能受影响。均相沉淀法反应温度高，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、针状和球形的超细氢氧化镁粉体。直接沉淀法的原理是在可溶性性镁盐中加入沉淀剂后，于一定条件下从溶液中析出，将杂质洗去，分离、干燥得到超细氢氧化镁。该方法由于沉淀剂直接加入，而来不及扩散，造成局部浓度过高，从而合成出的超细氢氧化镁粒径分布宽。本文以硝酸镁和氨水为原料，通过直接沉淀法制备超细氢氧化镁，探讨了温度、反应时间、反应物浓度

7、，以及作为分散剂的无水乙醇和聚乙二醇6000添加量对Mg(OH)2粒径和性能的影响。1 实验部分1.1 试剂选用Mg(NO3)26H2O(天津市科密欧化学试剂有限公司)，氨水（质量分数25%-28%，湖南汇虹试剂有限公司），无水乙醇（天津市大茂化学试剂厂），聚乙二醇6000（无锡市民丰试剂厂），所有试剂均为分析纯。1.2 实验方法一定浓度的硝酸镁与无水乙醇（或PEG6000）置于密闭的圆底烧瓶中搅拌均匀，通过恒温水浴槽保持一定温度。在机械搅拌条件下，用滴液漏斗将10mL浓氨水缓慢滴加至三口烧瓶中，反应一段时间，再真空抽滤，用去离子水和无水乙醇各洗涤三遍，于100真空干燥一小时，研磨后得到样品。

8、1.3 产物分析和表征用Mastersizer2000激光粒度仪 （英国马尔文公司）分析样品的粒度分布；用北京普析通用仪器有限责任公司X-射线衍射仪（ 扫描速率4°.min-1，扫描角度10°-70°）对样品物相及结构进行表征2 结果与讨论2.1 反应温度的影响反应温度对超细氢氧化镁平均粒径影响图1所示。实验结果表明，当反应温度由20 上升到 50时，产品平均粒径先减小后增大。当温度过低时，氢氧化镁颗粒分布不均，为无定形状，容易团聚成大粒子。随着温度的升高，反应溶液黏度降低且分子图1反应物温度对氢氧化镁平均粒径的影响Fig.1.The influence of r

9、eaction temperature on MH average particle size动能增加，晶体成核速度大于晶体的生长速度，形成更多的晶核，有利于制备出平均粒径较小的超细氢氧化镁。然而，当反应温度超过45 时，晶体生长速度加快，粒子粒径明显增大。同时，在过高温下，氨水容易挥发不利于反应进行，致使原料浪费和导致空气污染。因此反应温度为30是最佳选择。2.2 反应物浓度的影响图2 反应物浓度对氢氧化镁平均粒径的影响Fig.2.The influence of concentration of Mg(NO3)2 on MH average particle size反应物浓度对对超细氢氧

10、化镁平均粒径影响如图2所示。随着硝酸镁浓度的增加，超细氢氧化镁的平均粒径明显增大。但是当硝酸镁浓度为0.05 mol·L-1，反应物浓度太低使体系饱和度降低，不利于产生大量的晶核，此浓度制备的产品粒径明显大于0.1 mol·L-1硝酸镁制备的产品粒径。只有当晶体的成核速度与晶体生长速度达到动态平衡时，才能制备性能更稳定，粒径更小的产品。随着硝酸镁浓度的增加，溶液饱和度进一步增加，致使晶体成核速度大于生长速度，产生大量的粒子不能较好的分散，自身很容易再次团聚形成大粒子。另一方面，随着氨水比例的增加，沉淀能够更完全。实验结果表明，当硝酸镁浓度为0.1 mol·L-1（

11、反应物摩尔比约为1:13）是最佳选择。2.3 反应时间的影响图3 反应时间对氢氧化镁平均粒径的影响Fig.3.The influence of reaction time on MH average particle size反应时间对对超细氢氧化镁平均粒径影响如图3所示。 当反应时间小于0.5h时, 粒径随着反应时间增加而减小, 进一步增加反应时间, 颗粒粒径明显变大。一般情况下硝酸镁同氨水之间的反应速度很快, 但是开始生成的为无定形氢氧化镁， 晶型转化需要一定的时间，当反应时间太短时，则产物大部分将以无定形态存在并且容易团聚，容易形成较大颗粒。随着反应时间的延长，氢氧化镁晶粒获得的能量变高

12、，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，因此反应时间可控制在30min。2.4 无水乙醇添加量的影响图4无水乙醇添加量对氢氧化镁平均粒径的影响Fig.4. The influence of the amount of ethanol on MH average particle size无水乙醇的添加量对超细氢氧化镁平均粒径影响如图4所示。无水乙醇的加入有助于减少超细氢氧化镁的团聚，随着加入量的增大，无水乙醇的分散效果更明显。当无水乙醇的加入量V=90mL

13、-100mL时，超细氢氧化镁平均粒径大小趋于稳定值，此时，无水乙醇则使粒子表面的吸附量达到饱和，使超细氢氧化镁处于稳定状态。因此，本文选择无水乙醇的添加量为100mL.根据激光粒度仪的检测结果，超细氢氧化镁粒子主要分布在120nm-150nm之间，D(90)=208nm。2.5 聚乙二醇6000添加量的影响图5 mPEG6000的添加量对氢氧化镁平均粒径的影响Fig.5. The influence of the amount of PEG6000 on MH average particle sizePEG6000的添加量对超细氢氧化镁平均粒径影响如图5所示。因超细粒子具有大的比表面积，常常

14、团聚构成二次粒子。添加的表面活性剂可吸附或包裹在粒子表面,能降低自由能, 阻止溶液中的OH- 和Mg2+在已生成的氢氧化镁晶格表面聚集，从而抑制粒子的长大。本实验采用的聚乙二醇6000为非离子表面活性剂，当聚乙二醇6000的添加量过少时，氢氧化镁粒子表面吸附不完全或包裹层太薄，不能很好地起到空间位阻作用。若聚乙二醇添加量过多时，则会使粒子表面的吸附量达到饱和，则剩下游离的聚乙二醇会在粒子间“架桥”而导致一定的絮凝，从而降低体系的稳定性，也不能形成较小的氢氧化镁粒子。因此，聚乙二醇的添加量则控制在一定范围内。本文聚乙二醇6000较好的添加量应为六水硝酸镁质量的6%，激光粒度仪D（90）可达到200nm，其中氢氧化镁粒子主要集中在120nm-150nm之间。2.6 两种分散剂所制得样品的XRD表征对比 图6 Mg(OH)2的XRD衍射图Fig.6. XRD patterns of samples两种分散剂所制得样品的XRD衍射分析结果如图6所示，与纯氢氧化镁的XRD图谱对照，可知产品的个