均相沉淀法制备超细氢氧化镁

刘有智，白 梅，申红艳，邱尚煌

（中北大学，山西省超重力化工工程技术研究中心，山西太原030051）

均相沉淀法制备超细氢氧化镁

刘有智，白 梅，申红艳，邱尚煌

（中北大学，山西省超重力化工工程技术研究中心，山西太原030051）

以氯化镁、氢氧化钠为原料，采用均相沉淀法制备超细氢氧化镁。研究了分散剂种类对氢氧化镁产率和粒径的影响，以及分散剂种类、氯化镁浓度、反应温度等因素对氢氧化镁沉降速率的影响，同时分别选择水、乙醇两种不同的反应介质，对氢氧化镁的粒径及产率进行对比。结果表明，以葡萄糖作为分散剂，氯化镁浓度为0.75 mol/L，反应温度为60℃，所得氢氧化镁产率较高，且粒径较小（约为6.4 μm）、粒度分布较均匀。

氢氧化镁；沉降速率；超细；均相沉淀法

超细氢氧化镁与普通氢氧化镁相比，其在高聚物中的分散性和相容性大大改善。目前，制备超细氢氧化镁的方法主要是液相合成法，分别有微乳液法［1］、沉淀法［2-3］、醇盐水解法［4］、水热法［5］、超重力法［6］等。笔者以氯化镁、氢氧化钠为原料，采用均相沉淀法［7］制备超细氢氧化镁。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：六水氯化镁、氢氧化钠、尿素、葡萄糖、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、水合肼、油酸、乙二醇、乙醇，均为分析纯。仪器：HH-S数显恒温水浴锅；JJ-1精密增力电动搅拌器；电子天平；LG10-2.4A高速离心机；SHZ-3型循环水真空泵；BK300生物显微镜；BT-2002型激光粒度分布仪。

1.2 实验方法

称取一定量MgCl2溶于去离子水中，配制一定浓度的MgCl2溶液。将NaOH与CO（NH2）2溶于去离子水中，配制混合碱溶液［80 g NaOH 与 15 g CO（NH2）2溶于500 mL去离子水］。控制恒温水浴在一定的温度，将混合碱溶液缓慢滴加到MgCl2溶液中，持续搅拌1 h。滴加不同的分散剂（葡萄糖、聚乙二醇、聚丙烯胺酰、水合肼、油酸、乙二醇），持续搅拌0.5 h，陈化1.5h。所得物料用热去离子水离心洗涤5次，80℃下干燥12 h，粉碎即得氢氧化镁粉末。

实验涉及反应方程式如下：

1.3 分析表征

采用BT-2002型激光粒度分布仪测定氢氧化镁的粒径及粒度分布。采用BK300生物显微镜观察氢氧化镁的形貌。氢氧化镁沉降速率的检测方法为：将除杂后的晶浆置于带有刻度的试管中，每间隔一定时间测量上清液高度。

2 结果与讨论

2.1 分散剂种类对氢氧化镁产率及粒径的影响

固定条件：500mL混合碱溶液，250mL0.75mol/L的MgCl2溶液，反应温度60℃。考察分散剂种类对氢氧化镁产率及粒径的影响，结果见表1及图1。在Mg（OH）2沉淀晶核的形成过程中，加入适量的分散剂对控制粒径起到非常有效的作用。分散剂在反应过程中吸附于微晶表面，降低了微晶的表面能，对形成的晶核起到稳定作用，使晶核寿命延长，从而使单位时间内随机成核的数量增加，有利于增加成核速率。粒子越细，表面自由能越大，越容易发生团聚，导致粒子变大。加入的分散剂可被粒子吸附，生成界面保护膜，降低表面能，是防止粒子团聚的主要手段。

表1 加入不同分散剂所得氢氧化镁产率及粒径

由表1及图1可以看出，加入聚丙烯酰胺，所得氢氧化镁的产率最高但粒径较大，这可能是由于聚丙烯酰胺的相对分子质量较高且黏性较大，使得氢氧化镁大量团聚、分散性不佳，最终形成粒径较大的粉体。分散剂抑制Mg（OH）2晶核团聚能力为：聚乙二醇效果最佳，葡萄糖、水合肼及油酸次之，聚丙烯酰胺及乙二醇会使粒子团聚。从分散剂对产率的影响来看，葡萄糖和油酸作为分散剂所得Mg（OH）2的产率较高，且粉体粒径小（6～7 μm）、分布均匀。

2.2 分散剂种类对氢氧化镁沉降速率的影响

固定条件：5 mL混合碱溶液，10 mL 0.75 mol/L的MgCl2溶液，反应温度为60℃。考察分散剂种类对氢氧化镁沉降速率的影响，结果见图2。由图2可以看出，油酸、葡萄糖及水合肼的加入使氢氧化镁的沉降速率较无添加剂时大。但是，油酸属于油性分子不易洗涤，水合肼具有腐蚀性，而葡萄糖易于洗涤，无毒无害，价格便宜，因而是一种良好的添加剂。吸附在晶核表面的葡萄糖以1，4-苷链连接起来形成大分子化合物，主要通过“搭桥”方式絮凝，从而加快氢氧化镁的沉降速率。

2.3 氯化镁浓度对沉降速率的影响

固定条件：5 mL混合碱溶液，10 mL MgCl2溶液，以葡萄糖作为分散剂，反应温度为60℃。考察MgCl2溶液浓度对氢氧化镁沉降速率的影响，结果见图3。由图3可以看出，MgCl2溶液浓度在0.2 mol/L时，氢氧化镁的沉降速率较快，随着氯化镁浓度的增加，氢氧化镁的沉降速率有降低的趋势。这可能有两方面的原因：一是随着Mg2+浓度的增加，使得Mg（OH）2的过饱和度提高，大量晶核同时生成，而不利于Mg（OH）2晶体生长；二是由于镁离子的强亲水性，使得无定型氢氧化镁表面存在大量的吸附水，获得的沉淀常呈胶状，因此Mg2+浓度越高，形成的胶状沉淀越多，氢氧化镁越不易沉淀。考虑到实验的目的是制备超细氢氧化镁，因此，为了减小氢氧化镁的粒径，选择MgCl2溶液浓度为0.75 mol/L。

2.4 反应温度对氢氧化镁沉降速率的影响

固定条件：5 mL混合碱溶液，10 mL 0.75 mol/L的MgCl2溶液，以葡萄糖作为分散剂。考察反应温度对氢氧化镁沉降速率的影响，结果见图4。由图4可以看出，随着反应温度的升高，氢氧化镁的沉降速率呈递增趋势，但在80℃时沉降速率反而降低。这是由于，随着温度的升高，溶液黏度降低，传质系数增大，加速了晶体的生长速率，从而使晶核增大，因而沉镁速率增加；但在80℃时沉镁速率反而降低，这可能是由于在一定的过饱和度下，氢氧化镁形成胶体而使得沉镁速率下降。依据图3结果，选择反应温度为60℃。

2.5 反应介质对氢氧化镁产率及粒径的影响

采用醇-水共溶镁盐，即将22.84 g MgCl2·6H2O溶于25 mL乙醇中，然后加去离子水配成150 mL混合溶液。将300 mL混合碱溶液缓慢滴入氯化镁溶液中，反应温度为60℃，以葡萄糖为分散剂。所得乳浊液在60℃恒温静置6 h。冷却，过滤掉上层清液，用乙醇多次洗涤，直至杂质被洗净为止。沉淀物经离心分离，于80℃干燥，研细，样品记为P-A。不加乙醇，直接用去离子水溶解镁盐，以下步骤同前，样品记为P-B。实验结果为：P-A和P-B粒径分别为4.2、7.5μm，产率分别为91.52%、95.85%。以无水乙醇为反应介质所得产物的粒径略小于以水为介质，这可能是由于水的存在形成架桥羟基，干燥时会聚集形成硬团聚，而以无水乙醇有机溶剂作为反应介质，在乙醇-水溶剂共存下形成氢氧化镁，在氢氧化镁分子周围尽可能以烷氧基取代水的羟基形成软团聚，减少硬团聚的发生，从而制得氢氧化镁粒径较小。

但由于乙醇溶液作为介质时，相对于水为介质，产物氢氧化镁的收率以及粒径并没有得到大的改善；另外，从经济性考虑用无水乙醇作为介质会增加原料成本，从而实验最优条件并没有选择无水乙醇作为反应介质。

3 结论

以氯化镁、氢氧化钠为原料，采用均相沉淀法制备超细氢氧化镁，得出优选条件：以葡萄糖为分散剂，氯化镁浓度为0.75 mol/L，反应温度为60℃。在上述条件下，制得氢氧化镁产率较高，且粒径较小（约为 6.4 μm）、粒度分布较均匀。

［1］郭如新.国内氢氧化镁阻燃剂生产应用近况［J］.海湖盐科技资料，2003（1）：1-9.

［2］刘兆平，杨永会，钟红梅，等.氢氧化镁阻燃剂的应用进展［J］.海湖盐科技资料，2002（5）：1-9.

［3］安田直树.氢氧化镁超细粉末及其制备方法及其燃性树脂组合物：中国，1356361A［P］.2002-07-03.

［4］杜以波.均质流体法制备纳米氢氧化镁：中国，1332116A［P］.2002-01-23.

［5］易求实.反相沉淀法制备纳米 Mg（OH）2阻燃剂的研究［J］.化学试剂，2001，23（4）：197-199.

［6］Henrist C，Mathieu J P，Vogels C，et al.Morphological study of magnessium hydroxide nanoparticles precipitated in dilute aqueous solution［J］.J.Cryst.Growth，2003，249（1/2）：321-330.

［7］France A D，Ferry L，Cuesta J M L，et al.Magnesium hydroxide/zinc borate/talc compositions as flame-retardants in EVA copolymer［J］.Polym.Int.，2000，49（10）：1101-1105.

Preparation of superfine magnesium hydroxide by homogeneous precipitation method

Liu Youzhi，Bai Mei，Shen Hongyan，Qiu Shanghuang
（Research Center of Shanxi Province for High Gravity Chemical Engineering and Technology，North University of China，Taiyuan 030051，China）

Superfine magnesium hydroxide was prepared by homogeneous precipitation method with magnesium chloride and sodium hydroxide as raw materials.Influence of different dispersants on product yield and particle size，and the influence of different dispersants，magnesium chloride concentration，and temperature etc.on settlement rate of magnesium hydroxide were investigated.Meanwhile the product particle sizes and yields were compared while the water and ethanol were selected as the reaction media respectively.Results showed that when the glucose as dispersant and under the conditions of 0.75 mol/L magnesium chloride concentration，and 60 ℃ reaction temperature，magnesium hydroxide production rate was high，and the particle size was small（about 6.4 μm） with more uniform distribution.

magnesium hydroxide；settlement rate;superfine;homogeneous precipitation method

TQ132.2

A

1006-4990（2012）03-0030-03

2011-09-14

刘有智（1958— ），男，博士生导师，享受国家特殊津贴专家，主要研究方向为超重力化工技术，获省科技进步奖3项，发表论文100余篇，其中30篇被SCI、EI等收录，申报国家专利25项，已授权15项，出版专著1部。

联系方式：namebaimei@126.com