一种化学法制备活性微纳米氢氧化镁阻燃剂的方法与流程

本发明涉及一种化学法制备活性微纳米氢氧化镁阻燃剂的方法，属于非金属矿物加工和环境友好型阻燃功能材料制备领域。

背景技术：

无卤、高效、消烟、低毒、多功能的环境友好型无机阻燃剂是当今阻燃新材料发展的主流方向，其在有效地提高材料阻燃性的同时，又能减低烟雾和有毒气体释放量。研究表明，氢氧化镁在阻燃过程中，形成的聚合物碳化层能够有效抑制燃烧；分解后的产物氧化镁同为耐高温物质，覆盖于高聚物表面能够大幅提高隔绝空气的效率，起到进一步阻止燃烧的作用。氢氧化镁的分解温度高，质地柔软、粒度细小，适合聚合物的加工要求。当氢氧化物阻燃剂的粒径减小到1um时，其阻燃聚合物体系的氧指数显著提高，且达到微纳米超细粒径的无机化合物，能对聚合物材料起到增强增韧的作用。随着物质的超细化，表面的电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体所不具有的表面效应、小尺寸效应、体积效应、量子效应和宏观量子效应，使超细粉末与常规颗粒材料相比，具有一系列优异的光、电、声、磁、热、力学、催化等方面许多特殊的性质。

从经济效益、资源利用、阻燃消烟效果和环境保护等方面考虑，选择氢氧化镁作为复合材料阻燃剂，具有资源丰富，生产成本相对较低的竞争优势。超细氢氧化镁的制备技术主要可分为两大类：物理法和化学法。物理法是以天然水镁石矿经磨粉而成，利用介质和物料间的相互研磨和冲击以达到粒子的超细化。由于加工简单、杂质较多、粒径大且不规则，应用于阻燃领域效果不佳。化学制备方法种类繁多，大多数是以碱性物质为沉淀剂，以镁盐作为反应原料，通过沉淀反应制得不同粒径的氧氧化镁，因工艺复杂，参数控制精细，副产物较多，规模化生产受到限制。

技术实现要素：

本发明以菱镁矿尾矿为原料，将尾矿低温煅烧，碳酸镁分解成为固体矿物轻烧镁，其主要成分是活性氧化镁，又称为轻烧镁粉，轻烧镁粉经过研磨、水化反应，生成片状晶型氢氧化镁，干燥、解理后，得到微纳米氢氧化镁阻燃剂。该方法为尾矿开发独辟蹊径，节约利用矿产资源，提高轻烧镁粉产品附加值，并且工艺设计简单、参数易于控制、适合规模化生产。

本发明提供了一种化学法制备活性微纳米氢氧化镁阻燃剂的方法，所述方法包括如下步骤：将菱镁矿尾矿为原料破碎至10-20mm，再加入菱镁矿尾矿重量1-2％的六水氯化镁混匀，650-750℃煅烧0.5-1.5h，得到活性轻烧镁；将活性轻烧镁研磨至100-325目，再按活性轻烧镁与水的重量比1：2-4混匀，得到氢氧化镁浆液；将乙二醇按活性轻烧镁重量的0.07-0.50％加入到氢氧化镁浆液中，按2-3级研磨，研磨后氢氧化镁浆液在60-70℃下，再加入活性轻烧镁重量0.2-0.4％的改性剂，水合时间4-8h；将水化后氢氧化镁浆液干燥、解理，得到活性微纳米氢氧化镁。

本发明进一步优选为将所述菱镁矿尾矿破碎至12-18mm。

本发明最优选为所述六水氯化镁的重量为菱镁矿尾矿重量的1.5％。

本发明进一步优选为所述煅烧温度680-720℃。

本发明进一步优选为所述煅烧时间1h。

本发明最优选为将所述活性轻烧镁研磨至200目。

本发明最优选为将所述活性轻烧镁与水按重量比1：3混匀。

本发明最优选为将所述乙二醇按活性轻烧镁重量的0.30％加入到氢氧化镁浆液中。

本发明优选为所述菱镁矿尾矿中mgco3的含量大于50％，所述菱镁矿尾矿经选矿除去杂质。

本发明优选为所述煅烧的条件为：升温速度2-8℃/min。

本发明最优选为所述升温速度5℃/min。

本发明优选为将所述活性轻烧镁筛分20-40目。

本发明最优选为将所述活性轻烧镁筛分30目。

本发明优选为将所述活性轻烧镁与水混合后，以60-80rpm搅拌1-2h。

本发明最优选为将所述活性轻烧镁与水混合后，以70rpm速度搅拌。

本发明最优选为将所述活性轻烧镁与水混合后搅拌1.5h。

本发明优选为将所述氢氧化镁浆液与乙二醇混匀，过滤后泵入研磨剥片机，所述研磨剥片机的筒体内衬为聚氨酯树脂或刚玉，以氧化锆球体或刚玉球体为研磨剥片介质。

本发明优选为所述2级的研磨条件为：第1级研磨介质的粒度为2-3mm，其加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的20-40％，所述研磨剥片机的转数为1300-1400rpm；第2级研磨介质的粒度为0.1-0.5mm，其加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的40-60％，所述研磨剥片机的转数为1600-1700rpm；或3级的研磨条件为：第1级研磨介质的粒度为2-3mm，其加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的20-40％，所述研磨剥片机的转数为1300-1400rpm；第2级研磨介质的粒度为0.6-1.5mm，其加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的30-50％，所述研磨剥片机的转数为1450-1550rpm；第3级研磨介质的粒度为0.1-0.5mm，其加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的40-60％，所述研磨剥片机的转数为1600-1700rpm。

本发明最优选为所述2级的研磨条件中第1级研磨介质加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的30％

本发明最优选为所述2级的研磨条件中第2级研磨介质加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的50％。

本发明最优选为所述3级的研磨条件中第1级研磨介质加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的30％。

本发明最优选为所述3级的研磨条件中第2级研磨介质加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的40％。

本发明最优选为所述3级的研磨条件中第3级研磨介质加入量为所述研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的50％。

本发明优选为所述改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

本发明优选为所述水化后氢氧化镁浆液在解理机内干燥、打散，雾化压力为4-8mpa，干燥温度260-300℃。

本发明有益效果为：

本发明利用轻烧镁水化反应制备微纳米氢氧化镁阻燃剂，充分利用尾矿资源，符合可持续发展的理念；

本发明采用多级研磨工艺，粒度控制超细化，随着晶体结构的变化，产生了优异的量子效应、表面效应；

本发明通过表面活化，解决了干燥时出现的二次凝聚和粘结现象等技术难题，同时将阻燃剂粉体表面由亲水性活化为亲油性，提高了阻燃剂粉体在高分子聚合材料中的相溶性和分散性。

附图说明

本发明附图2幅，

图1为实施例1所述化学法制备的活性微纳米氢氧化镁阻燃剂的sem图；

图2为实施例2所述化学法制备的活性微纳米氢氧化镁阻燃剂的sem图。

具体实施方式

下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

下述实施例中，各项指标测定的方法如下：

扫描电子显微镜(sem)采用feisirion200(philips)观察晶体形貌；

采用丹东百特仪器有限公司的激光粒度分析仪(bt-9300s)测量样品的平均粒径。

实施例1

一种化学法制备活性微纳米氢氧化镁阻燃剂的方法，所述方法包括如下步骤：

取mgco3含量为58％的菱镁矿尾矿为原料，原料经初级手工选矿除去脉石等杂质，分选的原料破碎至10-20mm不等的颗粒，再加入菱镁矿尾矿重量2％的六水氯化镁混匀，在窑炉中以5℃/min速度升温，700℃煅烧1h，得到活性轻烧镁，将活性轻烧镁以60目筛分，除去未化合分解的caco3以及硅酸盐等杂质，进一步提纯；

将活性轻烧镁研磨至200目，在搅拌罐中按活性轻烧镁与水的重量比1：2混合，80rpm搅拌1h，得到氢氧化镁浆液；

将乙二醇作为分散剂按活性轻烧镁重量的0.1％加入到氢氧化镁浆液中混匀，以减轻粘结聚团现象，经过滤网净化后泵入研磨剥片机，研磨剥片机的筒体内衬为聚氨酯树脂，以防止污染，以氧化锆球体为研磨剥片介质，按三级研磨，第一级研磨剥片介质的粒度为2-3mm不等，其加入量为研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的30％，研磨剥片机的转数为1400rpm，第二级研磨剥片介质的粒度为0.6-1.5mm不等，其加入量为研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的40％，研磨剥片机的转数为1500rpm，第三级研磨剥片介质的粒度为0.1-0.5mm不等，其加入量为研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的50％，所述研磨剥片机的转数为1700rpm，研磨后氢氧化镁浆液在60℃下，再加入活性轻烧镁重量0.3％的硅烷偶联剂，120rpm搅拌，水合时间8h；

将水化后氢氧化镁浆液在解理机内进行喷雾干燥并解理，雾化压力为8mpa，干燥温度280℃，得到活性微纳米氢氧化镁。

实施例1所述化学法制备的活性微纳米氢氧化镁阻燃剂sem图见附图1，粒度检测d50＝240nm，d90＝0.47um。

实施例2

一种化学法制备活性微纳米氢氧化镁阻燃剂的方法，所述方法包括如下步骤：

取mgco3含量为68％的菱镁矿尾矿为原料，原料经初级手工选矿除去脉石等杂质，分选的原料破碎至10-20mm不等的颗粒，再加入菱镁矿尾矿重量1％的六水氯化镁混匀，在窑炉中以5℃/min速度升温，650℃煅烧0.5h，得到活性轻烧镁，将活性轻烧镁以60目筛分，除去未化合分解的caco3以及硅酸盐等杂质，进一步提纯；

将活性轻烧镁研磨至200目，在搅拌罐中按活性轻烧镁与水的重量比1：2混合，60rpm搅拌2h，得到氢氧化镁浆液；

将乙二醇作为分散剂按活性轻烧镁重量的0.3％加入到氢氧化镁浆液中混匀，以减轻粘结聚团现象，经过滤网净化后泵入研磨剥片机，研磨剥片机的筒体内衬为刚玉，以防止污染，以刚玉球体为研磨剥片介质，按二级研磨，一级研磨剥片介质的粒度为2-3mm不等，其加入量为研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的30％，研磨剥片机的转数为1400rpm，二级研磨剥片介质的粒度为0.1-0.5mm不等，其加入量为研磨剥片机内氢氧化镁浆液重量的50％，研磨剥片机的转数为1600rpm，研磨后氢氧化镁浆液在70℃下，再加入活性轻烧镁重量0.3％的钛酸酯偶联剂，120rpm搅拌，水合时间4h；

将水化后氢氧化镁浆液在解理机内进行喷雾干燥并解理，雾化压力为4mpa，干燥温度260℃，得到活性微纳米氢氧化镁。

实施例2所述化学法制备的活性微纳米氢氧化镁阻燃剂sem图见附图2，粒度检测d50＝0.48um，d90＝97um。