专利名称：氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的制造方法和产品的制作方法
技术领域：
本发明涉及氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的制造方法和产品，属无机化工纳米材料制造业。
背景技术：
无机材料氢氧化镁是高分子材料的填加型阻燃剂，与同类无机阻燃剂相比，氢氧化镁具有很多优点(一)氢氧化镁具有阻燃、消烟和填充三重功能，赋予材料无烟性、无腐蚀性，能获得更优良的阻燃和消烟效果；(二)氢氧化镁在生产、使用和废弃过程中均无有害物质排放，不造成环境污染；(三)氢氧化镁的初始热分解温度为340℃，至490℃分解完全，比氢氧化铝的分解温度高140℃。它的总吸热量为44.8KJ/mol，比氢氧化铝的总吸热量约高17％。因此，它能承受更高的加工温度，有利于在产品生产中加快挤塑速度，缩短模塑时间；(四)氢氧化镁在燃烧分解时除自身进行脱水外，还能促进聚合物的成碳作用，形成保护层，发挥出更好的阻燃效果；(五)氢氧化镁与其它阻燃剂配合使用表现出良好的阻燃协同效应。因此，近年来，氢氧化镁作为阻燃剂受到高度重视，发展较快。国内外一致认为氢氧化镁将成为主要的无机阻燃剂，应用氢氧化镁是阻燃剂发展的重要方向之一。但是，由于普通氢氧化镁阻燃剂的颗粒之间有很强的团聚倾向，不易分散，分子具有很强的极性，在高分子材料中分散性和相容性都很差，导致阻燃材料的力学性能急剧下降。目前，解决这一问题的方法是将氢氧化镁颗粒细化，制成微细粉体、亚微细粉体或纳米粉体。氢氧化镁纳米粉体的阻燃、消烟效果都比微细粉体和亚微细粉体好，特别是增强填充效果更好，是发展方向。但纳米粉体又存在一定的问题，如纳米粉体的高表面能使纳米粒子之间极易团聚。一般的氢氧化镁纳米粉体是由若干纳米粒子团聚而形成的细小紧密型纳米粒子粉体。这种紧密型纳米粒子粉体在高分子材料中很难分散，仍然会降低阻燃材料的力学强度。同时，在制备这种紧密型纳米粒子粉体过程中，过滤困难、洗涤困难、干燥困难，造成工艺上很多麻烦。而且这种细小粉体很容易飞扬，容易造成环境污染。中国北京化工大学由发明人宋方华等三人提出了“一种纳米氢氧化镁阻燃剂材料制备新工艺”，获中国发明专利，授权公告号为CN1128199C，授权公告日2003年11月19日，专利号为01141787.0，它的主要内容是利用老卤水或菱镁矿得到的精制氯化镁溶液和工业氨水或氨气为原料，采用超重力(旋转填充床)技术，利用液——液相反应或液——气相反应方式，制备纳米氢氧化镁阻燃剂。该发明工艺解决了传统工艺复杂、成本高，且颗粒粒径不均匀和不易控制等缺点。但认真分析，该发明工艺仍有一定的弱点添置的设备费用较高，工艺过程和所得产品还不尽人意，仍有改进的必要。本发明就是针对传统的工艺以及上述工艺存在的不足，而提出一种更为合理的制备方法，产品为疏松型纳米粒子块体。
发明内容本发明的目的是提供氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的制造方法和产品，它是利用纳米粒子表面具有吸附大量气体的性能，在制备氢氧化镁疏松型纳米粒子过程中，经表面改性剂包覆后，通入高速细微气泡流，并强力充气、分散、均质和乳化，使生成的氢氧化镁纳米胶囊粒子表面吸附大量气体，纳米胶囊粒子间充入气体变得疏松，形成多孔物料，经过滤、洗涤和干燥，制得氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂。实现本发明所采取的步骤是这样的一、原料1、镁的水溶性盐或氧化物为原料分子通式MCL2、MSO4、MO，M为金属镁产地广州市购2、沉降剂(1).氨水分子式NH3·H2O产地广州市购(2).氢氧化纳分子式NaOH产地广州市购(3).氢氧化钙分子式Ca(OH)2产地中山市应用化学研究所提供
二、表面改性剂1.脂肪酸分子通式RCOOHR为烃基产地中山市购2.聚不饱和脂肪酸分子通式 R为烃基-产地中山市购3.硅酸酯，即烷氧基硅烷分子通式Si(OR)4R为烷基产地中山市购4.钛酸酯，即钛酸酯偶联剂分子通式Ti(OR)4R为烷基产地中山市购三、化学反应方程式四、反应设备、步骤及机理(一)反应设备名称型号NA-1系列，泡罩碟式搅拌器反应器产地中山市应用化学研究所研制(二)、反应步骤及机理1.在泡罩碟式搅拌器反应器中，于15-80℃的温度下，以镁的水溶性盐或氧化物为原料，用NH3·H2O、NaOH或Ca(OH)2为沉降剂，搅拌器产生高速气泡流，并强力充气、分散、均质和乳化作用，反应时间30-90分钟，生成氢氧化镁纳米粒子；2.同时选用脂肪酸和聚不饱和脂肪酸及其盐、硅酸酯、钛酸酯或离子型和非离子型表面活性剂中至少一种作表面改性剂，原位包覆，生成氢氧化镁纳米胶囊粒子；3.反应生成的氢氧化镁纳米胶囊粒子，在高速细微气泡流的强力充气、分散、均质和乳化作用下，使纳米胶囊粒子间充入大量气体而变得疏松，形成多孔物料，随后经过滤、洗涤和干燥，制得氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂。
4.氢氧化镁疏松型纳米粒子块体外观呈疏松型块体状，组成为氢氧化镁粒子的尺度，在三维空间中至少有一维在1～100nm范围。
5.在实际生产中，氢氧化镁疏松型纳米粒子块体中的镁离子被其它金属离子(如铝离子)部分取代，氢氧根被其它负离子(如碳酸根)部分取代成为复合氢氧化物纳米粒子块体阻燃剂。
6.经实验，氢氧化镁疏松型纳米粒子块体对有机高分子材料有明显的阻燃、消烟和增强填充功能。
综上所述，我们可以了解本发明的优点如下(一)采用具有强力充气、分散、均质和乳化功能的泡罩碟式搅拌器向氢氧化镁纳米胶囊粒子间大量充气，制造出疏松型纳米粒子块体，使过滤、洗涤和干燥工序简便易行，设备简单，且造价低；(二)由于在反应过程中加入表面改性剂，原位包覆，使工艺变得更为流畅；
(三)与一般的紧密型纳米粉体相比，疏松型纳米粒子块体不飞扬，不会污染环境，可实施规模化生产；(四)产物对高分子材料有优良的阻燃、消烟和增强填充功能。
下面结合
和具体实施方案进一步阐述本发明制造方法和产品。
附图1为本发明氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂制造方法的流程图。
具体实施方案实施例1在具有泡罩碟式搅拌器(专利申请号200420044185.8)的反应器中，将氯化镁(10mol)溶于水中，加入氨水(25-28％，2000ml)，充分搅拌反应，加入脂肪酸表面改性剂，原位包覆，利用泡罩碟式搅拌器产生的高速细微气泡流，并强力充气、分散、均质和乳化作用，使生成的氢氧化镁纳米胶囊粒子充分吸附气体，或纳米胶囊粒子吸附在气泡表面，在纳米胶囊粒子间充入大量气体而疏松，形成多孔物料，经过滤、洗涤和干燥后，制得氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂。制得的氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂经扫描电镜检测，氢氧化镁纳米粒子的面貌为片状体，厚度在50nm以下，长度在180nm以下的纳米粒子占85％以上。通过混炼，这种阻燃剂就可分散到丁腈橡胶(NBR)硫化胶中去，明显地表现出这种阻燃剂的纳米材料功能。当阻燃剂的填加量为丁腈橡胶硫化胶的100％时，氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂对丁腈橡胶硫化胶性能的影响数据如表1。
表1.氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂对丁腈橡胶硫化胶性能的影响。
当加入阻燃剂的量为100份时，阻燃丁腈橡胶硫化胶的氧指数由纯丁腈橡胶的18.5增加到27.0，拉伸强度、扯断伸长率和撕裂强度分别由1.34Mpa、315％和12.32KN/m增加到1.88Mpa、630％和22.37KN/m，阻燃性和力学性能均大幅度增加，表明氢氧化镁疏松型纳米粒子已均匀分散到丁腈橡胶硫化胶中，阻燃性能和增强填充性能优良，充分表现出这种阻燃剂的纳米功能。
实施例2在具有泡罩碟式搅拌器的反应器中，将计量确定浓度一定的氯化镁溶液(10mol)，与一定浓度的NaOH(含NaOH15mol)反应，再加入表面活性剂，原位包覆，利用泡罩碟式搅拌器产生的高速细微气泡流，强力充气、分散、均质和乳化作用，使生成的氢氧化镁纳米胶囊粒子形成疏松多孔物料，经过滤、洗涤和干燥后，制得氢氧化镁疏松型纳粒子块体阻燃剂。制得的氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的X射线衍射图在2θ为17.8°，37.5°，50.1°和58.1°，出现典型的氢氧化镁晶体的衍射峰。经马尔文粒径分析仪检测，粒径在90.18mm的粒子占89.5％。该种纳米氢氧化镁添加到尼龙6树脂中，当添加量为30％时，拉伸强度由纯尼龙6的45Mpa增加到76Mpa，表现出突出的增强填充作用。这种纳米氢氧化镁与红磷并用，当氢氧化镁和红磷用量分别为30phr和20phr时，尼龙6复合材料的阻燃性能达到V-0级。
权利要求
1.氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的制造方法和产品，用镁的水溶性盐或氧化物为原料，NH3·H2O、NaOH或Ca(OH)2为沉降剂，其特征是(一)在具有可产生高速气泡流并强力充气、分散、均质和乳化作用的反应器中反应，生成氢氧化镁纳米粒子；(二)用脂肪酸、聚不饱和脂肪酸及其盐、硅酸酯、钛酸酯或离子型和非离子型表面活性剂至少一种作表面改性剂，进行原位包覆，生成氢氧化镁纳米胶囊粒子；(三)反应生成的氢氧化镁纳米胶囊粒子，在高速细微气泡流的强力充气、分散、均质和乳化作用下，使纳米胶囊粒子间充入大量气体而疏松、形成多孔物料，随后分离所期望的产物并纯化，制得氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂；(四)氢氧化镁疏松型纳米粒子块体外观呈疏松型块体状，组成为氢氧化镁粒子的尺度，在三维空间中至少有一维在1～100nm范围。
2.根据权利要求1所述的氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的制造方法和产品，其特征是氢氧化镁疏松型纳米粒子块体中的镁离子被其它金属离子(如铝离子)部分取代，氢氧根被其它负离子(如碳酸根)部分取代的复合氢氧化物纳米粒子块体阻燃剂。
3.根据权利要求1所述的氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的制造方法和产品，其特征是氢氧化镁疏松型纳米粒子块体对有机高分子材料有阻燃、消烟和增强填充作用。
全文摘要
本发明涉及氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂的制造方法和产品，属无机化工纳米材料制造业。它是利用纳米粒子表面具有吸附气体的性能，在制备过程中，经表面改性剂包覆后，通入高速细微气泡流，强力充气、分散、均质和乳化，使生成的纳米胶囊粒子间充入大量气体、形成多孔物料，制得氢氧化镁疏松型纳米粒子块体阻燃剂，本发明设备简单，工艺流畅，可实施规模化生产。它是在泡罩碟式搅拌器反应器中，用镁的水溶性盐或氧化物为原料，NH
文档编号C08K3/22GK1667029SQ20051003325
公开日2005年9月14日 申请日期2005年2月23日 优先权日2005年2月23日
发明者杨第伦, 李宗葆, 曾能, 贾德民 申请人:杨第伦