一种纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法
【专利摘要】本发明涉及化工材料制备领域，具体地，本发明涉及一种纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法。本发明的纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法，包括以下步骤：1）将MgSO4·7H2O配制成硫酸镁溶液，搅拌加入NaOH粒碱，在25℃～100℃下陈化2～24小时得到料浆；2）将步骤1）得到的料浆移入水热反应釜中，填充度为50%～80%，加入NaOH粒碱质量的0.5%～5%的晶种，搅拌均匀；料浆在130℃～180℃下反应2～12小时；3）步骤2）反应结束后冷却，得到的白色悬浊液经过滤、洗涤、烘干后即得到纤维状碱式硫酸镁晶须。本发明在反应料浆中添加了晶种，碱式硫酸镁易于成核生长，反应料浆可以配制的浓度较大；并且减少了晶须成核时间，晶须生长的时间也可以缩短。
【专利说明】一种纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及化工材料制备领域，具体地，本发明涉及一种纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法。
【背景技术】
[0002]碱式硫酸镁晶须亦称硫氧镁晶须(简称MOS晶须)，化学式为MgSO4 *5Mg (OH) 2.3Η20或MgSO4 AMg(OH)2.2Η20，外观为白色粉体，显微镜下为单个针状或扇形晶体，具有高强度、低密度和高弹性模量的特点，可以作为塑料、橡胶、树脂和陶瓷等复合材料的填充材料，提高基体的力学性能。MOS作为一种功能型的晶须，不仅能增强，而且阻燃，是高性能无机阻燃增强材料。概括起来，碱式硫酸镁晶须的制备方法按照原料的不同主要有以下几种:(1)活性氧化镁与硫酸镁溶液或硫酸溶液制成料浆进行水热反应；(2)氢氧化镁与硫酸镁溶液制成料浆后水热反应；(3)水溶性镁盐与氢氧化钠等沉淀剂生成氢氧化镁沉淀，过滤洗涤后再与硫酸镁或硫酸钠等溶液进行水热反应；(4)硫酸镁溶液与氢氧化钠溶液制成料浆后进行水热反应。(1) (2)两种方法中，活性氧化镁与氢氧化镁因为原料批次活性、粒径及结晶度的不同，所制备的碱式硫酸镁晶须质量难以控制。方法(3)中镁盐与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀，结晶度较差，氢氧化镁过滤洗涤一直是工业生产的难题。岳涛、伊赞荃等采用方法(4)制备碱式硫酸镁晶须，容易得到扇形的碱式硫酸镁晶须，这些扇形晶须做为增强材料添加于基体中，晶须难以分散，造成复合材料力学性能下降。因此，在MOS制备技术中就需要避免扇形晶须的生长。向兰等在反应料浆加入螯合型形貌控制剂抑制扇形晶须的生长。中国专利CNlO 1319378Α公开了一种碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法难以抑制扇形晶须生长。卢会刚通过优化水热反应条件及添加EDTA的方法控制合成纤维状碱式硫酸镁晶须，反应条件范围窄，工业化操作时产品质量难以控制；水热反应时间长、单次产量低，加入EDTA导致母液循环困难等问题。
[0003]总之，前人在纤维状碱式硫酸镁晶须方面做了大量的工作，但存在着工艺过程复杂及晶须形貌不均等问题，限制了相关技术的进一步工业应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是，为了解决上述问题提供一种制备纤维状碱式硫酸镁晶须的新方法。该方法工艺简单，成本低廉，产品附加值高，由此制备的晶须产品长径比较大，解决了扇形晶须问题。
[0005]本发明的纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法，包括以下步骤:
[0006]1)将MgSO4.7Η20配制成硫酸镁溶液，搅拌加入NaOH粒碱，在25°C~100°C下陈化2~24小时得到料浆；
[0007]2)将步骤I)得到的料浆移入水热反应釜中，填充度为50%~80%，加入NaOH粒碱质量的0.5%~5%的晶种，搅拌均匀；料浆在130°C~180°C下反应2~12小时；
[0008]3)步骤2)反应结束后自然冷却至室温得到的白色悬浊液，经过滤、洗涤、烘干后即得到纤维状碱式硫酸镁晶须。
[0009]根据本发明的制备方法，其中，步骤I)所述硫酸镁溶液中硫酸镁浓度为1.0~1.5mol/L。
[0010]根据本发明的制备方法，其中，步骤I)所述硫酸镁与氢氧化钠的摩尔比为(0.65 ~1.00):1。
[0011 ] 根据本发明的制备方法，其中，步骤2)所述晶种由碱式硫酸镁晶须球磨制得，优选粒径在0.2~2.0 μ m之间。制备上述晶种所用碱式硫酸镁晶须为现有的市面上销售的碱式硫酸镁晶须，例如，153或152型碱式硫酸镁晶须。
[0012]现有技术中，向兰等采用硫酸镁与氢氧化钠水热反应制备碱式硫酸镁晶须，首先硫酸镁溶液与氢氧化钠溶液反应得到纳米级氢氧化镁，然后过滤、洗涤氢氧化镁。纳米级的物料过滤洗涤在工业上较难实现。加入螯合型形貌控制剂控制扇形晶须，增添了母液成分，给母液的循环利用带来困难。
[0013]而本发明的纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法中:
[0014]I) MgSO4.7H20配制成一定浓度的溶液，搅拌加入一定量的粒状的NaOH，有利于氢氧化镁结晶度的提高，然后陈化料浆，进一步提高氢氧化镁的结晶度。工业上料浆的配制可以在溶解槽或配料罐中进行，易于工业设计。
[0015]氢氧化镁结晶度增加，降低反应过程中氢氧化镁的溶解速度,控制碱式硫酸镁较低的过饱和度，促进高长径比晶须的生长；并且，氢氧化镁结晶度增加，氢氧化镁晶格缺陷减少，氢氧化镁片晶上的成核点减少，从而减少了扇形碱式硫酸镁晶须的生长。
[0016]2 )料浆中加入晶种，增加碱式硫酸镁晶核的生成速率，抑制扇形晶须的生长(扇形晶须的生长大部分原因是晶核较少所导致)。
[0017]3)因为反应料浆中添加了晶种，碱式硫酸镁易于成核生长，反应料浆可以配制的浓度较大；并且减少了晶须成核时间，晶须生长的时间也可以缩短。所以，晶须产量增大，反应时间减少，工业成本可以降低。
[0018]进一步地，本发明具有以下优点及突出性效果:
[0019]1.硫酸镁溶液与氢氧化钠固体反应后，在一定温度下陈化一段时间，使所生成的氢氧化镁结晶度增加，降低了反应过程中氢氧化镁的溶解速度，控制碱式硫酸镁较低的过饱和度，促进高长径比晶须的生长；并且，通过料浆陈化，所生成的片状氢氧化镁晶体结晶度增加，氢氧化镁晶格缺陷减少，氢氧化镁片晶上的成核点减少，从而抑制了扇形碱式硫酸镁晶须的生长。
[0020]2.反应料浆中加入已球磨的碱式硫酸镁晶种，可以增加碱式硫酸镁晶须的成核速度，减少扇形晶须的生长。
[0021]3.本发明所述的硫酸镁的浓度为1.0~1.5mol/L，硫酸镁与氢氧化钠的摩尔比为(0.65~1.00):1，料浆浓度较高，晶须产量较大；硫酸镁与氢氧化钠的摩尔比较低，硫酸镁利用率较高，原料成本降低，母液易于循环处理。
[0022]4.本发明工艺简单，生产成本低，易于实现大规模工业化生产。 【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的工艺过程示意图。[0024]图2为本发明实施例1制备的碱式硫酸镁晶须的SEM照片。
[0025]图3为本发明对比例2制备的碱式硫酸镁晶须的SEM照片
[0026]图4为本发明实施例3制备的碱式硫酸镁晶须的XRD图谱。
【具体实施方式】
[0027]本发明的纤维状碱式硫酸镁晶须的方法，通过以下实施例进行详细说明。
[0028]实施例1
[0029]配制1.0moI/L MgSO4.7H20溶液1.6升，在搅拌条件下加入98.5克粒状的NaOH(MgSO4与NaOH摩尔比为0.65:1)，在25°C下陈化2小时。将得到的料浆移入2升反应釜中，填充度为80%，加入0.55克的晶种(粒径0.2~2.0 μ m)，搅拌均匀。料浆在130°C下反应2小时。反应结束后自然冷却至室温。将水热反应后得到的白色悬浊液过滤、洗涤、烘干后即得到长度30~50 μ m、直径0.2~0.5 μ m，长径比60~200、主含量98.0%的152型纤维状碱式硫酸镁晶须。
[0030]实施例2
[0031]配制1.0moI/L MgSO4.7H20溶液L 6升，在搅拌条件下加入60.0克粒状的NaOH(MgSO4与NaOH摩尔比为1:1 )，在60°C下陈化24小时。将得到的料浆移入2升反应釜中，填充度为75%，加入3.5克的晶种(粒径0.2~2.0 μ m)，搅拌均匀。料浆在180°C下反应12小时。反应结束后自然冷却至室温。将水热反应后得到的白色悬浊液过滤、洗涤、烘干后即得到长度50~200 μ m、直径0.5~1.0 μ m，长径比50~400、主含量98.7%的152型纤维状碱式硫酸镁晶须。
[0032]实施例3
[0033]配制1.5mol/L MgSO4.7H20溶液1.0升，在搅拌条件下加入92.3克粒状的NaOH(MgSO4与NaOH摩尔比为0.65:1)，在100°C下陈化24小时。将得到的料浆移入2升反应釜中，填充度为50%，加入4.0克的晶种(粒径0.2~2.0 μ m)，搅拌均匀。料浆在130°C下反应12小时。反应结束后自然冷却至室温。将水热反应后得到的白色悬浊液过滤、洗涤、烘干后即得到长度50~200 μ m、直径0.2~0.5 μ m，长径比100~1000、主含量98.9%的152型纤维状碱式硫酸镁晶须。
[0034]实施例4
[0035]配制1.5mol/L MgSO4.7H20溶液1.5升，在搅拌条件下加入90.0克粒状的NaOH(MgSO4与NaOH摩尔比为1:1 )，在80°C下陈化24小时。将得到的料浆移入2升反应釜中，填充度为75%，加入0.5克的晶种(粒径0.2~2.Ομπι)，搅拌均匀。料浆在150°C下反应12小时。反应结束后自然冷却至室温。将水热反应后得到的白色悬浊液过滤、洗涤、烘干后即得到长度30~100 μ m、直径0.2~0.8 μ m，长径比50~500、主含量99.2%的152型纤维状碱式硫酸镁晶须。
[0036]实施例5
[0037]配制1.2mol/L MgSO4.7H20溶液1.5升，在搅拌条件下加入90.0克粒状的NaOH(MgSO4与NaOH摩尔比为0.8:1 )，在80°C下陈化12小时。将得到的料浆移入2升反应釜中，填充度为75%，加入2.5克的晶种(粒径0.2~2.0 μ m)，搅拌均匀。料浆在150°C下反应6小时。反应结束后自然冷却至室温。将水热反应后得到的白色悬浊液过滤、洗涤、烘干后即得到长度30~60 μ m、直径0.2~0.6 μ m，长径比50~300、主含量98.9%的152型纤维状碱式硫酸镁晶须。
[0038]实施例6
[0039]配制1.3mol/L MgSO4.7H20溶液1.5升，在搅拌条件下加入86.6克粒状的NaOH(MgSO4与NaOH摩尔比为0.9:1 )，在80°C下陈化12小时。将得到的料浆移入2升反应釜中，填充度为75%，加入2.5克的晶种(粒径0.2~2.0 μ m)，搅拌均匀。料浆在160°C下反应8小时。反应结束后自然冷却至室温。将水热反应后得到的白色悬浊液过滤、洗涤、烘干后即得到长度30~80 μ m、直径0.3~0.6 μ m，长径比50~300、主含量98.7%的152型纤维状碱式硫酸镁晶须。
[0040]对比例I
[0041]配制1.0moI/L MgSO4.7H20溶液L 6升，在搅拌条件下加入98.5克粒状的NaOH(MgSO4与NaOH摩尔比为0.65:1)。将得到的料浆移入2升反应釜中，填充度为80%。料浆在130°C下反应2小时。反应结束后自然冷却至室温。将水热反应后得到的白色悬浊液过滤、洗涤、烘干后即得到产物，产物在显微镜下观察，有少量细小的扇形晶须产生，大部分原料没有反应。
[0042]对比例2
[0043]配制1.0moI/L MgSO4.7H20溶液L 5升，在搅拌条件下加入60.0克粒状的NaOH(MgSO4与NaOH摩尔比为1:1)。将得到的料浆移入2升反应釜中，填充度为75%。料浆在180°C下反应12小时。反应结束后自然冷却至室温。将水热反应后得到的白色悬浊液过滤、洗涤、烘干后即得到152型碱式硫酸镁晶须，碱式硫酸镁晶须全部为单向或双向的扇形晶须，扇形纤维束长50~150 μ m、扇根直径5.0~10.0 μ m,扇尾福射直径。见图3。
[0044]上述实施例1~6及对比例中水硫酸镁和氢氧化钠均为分析纯试剂；反应设备采用GSH-2/20型升降式磁力反应釜，威海源铖石化设备有限公司。
【权利要求】
1.一种纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法，包括以下步骤: 1)将MgSO4.7Η20配制成硫酸镁溶液，搅拌加入NaOH粒碱，在25°C~100°C下陈化2~24小时得到料浆； 2)将步骤1)得到的料浆移入水热反应釜中，填充度为50%~80%，加入NaOH粒碱质量的0.5%~5%的晶种，搅拌均匀；料浆在130°C~180°C下反应2~12小时； 3)步骤2)反应结束后冷却，得到的白色悬浊液经过滤、洗涤、烘干后即得到纤维状碱式硫酸镁晶须。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述硫酸镁溶液中硫酸镁浓度为 1.0 ~1.5mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述硫酸镁与氢氧化钠的摩尔比为(0.65~1.00):1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述晶种由碱式硫酸镁晶须球磨制得。
【文档编号】C30B7/10GK103789819SQ201410056427
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年2月19日 优先权日:2014年2月19日
【发明者】乃学瑛, 王亚斌, 朱东海, 李 列, 李武 申请人:中国科学院青海盐湖研究所