水热法合成高分散易过滤高阻燃氢氧化镁

孙 雨，高恩双，潘旭杰，宗 俊

（华东师范大学化学系，上海200241）

氢氧化镁是一种环境友好型、热稳定性好并且应用范围广的阻燃剂，还可以作为制备氧化镁的前驱体［1］。 氢氧化镁的合成方法很多［2-3］。 笔者采用常温合成-水热改性的方法制备氢氧化镁。常温合成的氢氧化镁属于凝胶状的，晶体表面带有电荷，具有很强的极性，十分容易团聚，导致过滤性能很差，不容易在非极性的高分子材料中分散均匀。水热改性合成出的氢氧化镁极性大大减弱［4-5］，可以合成出粒径分布均匀、分散性好、容易过滤的高阻燃性氢氧化镁。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

JL-1166型激光粒度测试仪、DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器、DZF-6020型真空干燥箱、减压循环真空泵、SGM2893HA电阻炉（马弗炉）、85-2A数显恒温磁力搅拌器、D-78型X射线衍射仪、KQ-3200DA型数控超声仪、S-4800扫描电子显微镜。

氢氧化钠、六水氯化镁、十二烷基硫酸钠、乙醇，均为AR。

1.2 氢氧化镁的制备方法

以MgCl2和NaOH为原料，加入一定量的十二烷基硫酸钠作为分散剂，采用双柱法制得前驱体溶液，然后加入一定量乙醇作为晶型控制剂，放入水热反应釜中，在120～230℃反应。将得到的水热产物经80℃真空干燥12 h后，做分散处理，进行粒度测定以及其他表征。

1.3 实验原理

前一个阶段主要是MgCl2溶于水中遇碱生成Mg（OH）2沉淀，后一个阶段就是 Mg（OH）2沉淀的水热改性。反应方程式如下：

2 结果与讨论

2.1 加料方式对产物粒度和过滤性能的影响

为了探究加料方式对产物的影响，在常温下合成氢氧化镁，固定搅拌转速为600 r/min，氢氧化钠与六水氯化镁的物质的量比为2∶1。加料方式对产物粒径的影响见图1。由图1可知，使用双柱法得到的产物粒径分布较好。这是由于采用单柱法的时候，溶液的离子积很快大于氢氧化镁的溶度积，产生大量的氢氧化镁；双柱法可以保证生成晶核的速度不至于过快，整个体系的相对饱和度较低，产物粒度较均匀。采用单柱法时，抽滤时间为5 min，产物过滤性差；采用双柱法时，抽滤时间为30 s，产物过滤性好。所以为了得到更好的氢氧化镁阻燃剂，下面的实验均采用双柱法。

图1 加料方式对产物粒径的影响

2.2 反应物物质的量比对粒径的影响

反应物物质的量比对产品粒径的影响如表1所示。 由表1可以看出，随着 n（NaOH）∶n（MgCl2）的增加，D50先变小后变大，n（NaOH）∶n（MgCl2）为 2.5∶2时D50最小。通过增加氢氧化钠的物质的量，OH-的浓度升高，使得Mg2+和OH-互相碰撞生成氢氧化镁的机率增加，晶体成核速度加快，晶体容易长大，但随着浓度的进一步升高，晶体生长方式趋向于均相成核，并且氢氧化镁具有较强的吸水性，容易团聚，使颗粒粒径变大。

表1 反应物物质的量比对产品粒径的影响

2.3 水热温度对产物粒径及过滤性能的影响

水热温度对产物粒径的影响见表2、图2和图3。由表2、图2和图3可知，120℃时粒度分布很不均匀；170℃的粒度分布均匀；200℃时，颗粒粒径的生长速度变快，颗粒粒径变大。

水热温度为120℃时，抽滤时间为20 min，产物过滤性很差；温度为140℃时，抽滤时间为10 min，产物过滤性很差；温度为170℃时，抽滤时间为1 min，产物过滤性好；温度为200℃时，抽滤时间为45 s，产物过滤性好。水热温度达到170℃之后，过滤性能大大改善，抽滤时间大大缩短，这对工业上生成氢氧化镁的实际生产有很大的指导意义。

表2 水热温度对产物粒径的影响

图2 120℃时粒度分布

图3 反应温度对粒度的影响

2.4 水热时间对粒径的影响

在氢氧化镁的合成过程中，常温合成的氢氧化镁晶体是絮凝胶体，粒度非常小；在水热环境中，氢氧化镁经过溶解过程与长大过程，经过水热反应过程晶体粒子长大，达到粒度仪可以测量的水平。表3是水热时间对粒度的影响。由表3可知，水热时间为9 h时，粒子粒径最小，选择水热时间为9 h。

表3 不同水热时间的晶体粒径变化

2.5 水热产物的XRD及SEM分析

使用双柱法，水热时间为9 h，在不同水热温度下测得的XRD谱图见图4。由图4可见，X射线衍射峰尖锐，表明晶体结晶度好。水热温度对001衍射峰的强度影响最大，在170℃时，峰强很高，说明这时候的氢氧化镁晶体生长的主要方向发生了变化，通过水热反应生成了表面极性较低的氢氧化镁六方片状颗粒。

图4 不同水热温度下的XRD谱图

图5是在最佳条件下得到的氢氧化镁的SEM图。由图5可见，氢氧化镁是非常规则的六方片状晶体，粒径可达到100 nm左右。

图5 氢氧化镁SEM图

3 结论

采用氢氧化钠和六水氯化镁为原料，十二烷基硫酸钠为常温合成时的分散剂，乙醇为水热时的晶型控制剂，制备氢氧化镁。实验结果表明：常温反应合成氢氧化镁，氢氧化钠和氯化镁的物质的量比为2.5∶2，在170℃水热9 h，可以得到粒径较小、分散性好、极性较弱、过滤性能好的氢氧化镁阻燃剂产品。

［1］杨朋，侯翠红，赵慧灵，等.氢氧化镁阻燃剂的制备工艺研究［J］.河南化工， 2010，27（8）：68-70.

［2］路绍琰，李先国，高传慧，等.氢氧化镁阻燃剂的研制进展［J］.盐业与化工，2010，39（4）：45-48.

［3］陈敏，刘志启，李丽娟.氢氧化镁阻燃剂及其结晶机理的研究进展［J］.广州化工，2010，38（7）：17-19.

［4］陈建铭，张兆震，宋云华.水热反应条件对氢氧化镁晶体微观内应变的影响［J］.人工晶体学报，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.