一种氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法，是针对阻燃剂氢氧化镁的弊端，结合碳微球热稳定性的特征，用氢氧化镁包覆碳微球制成阻燃剂，采用葡萄糖制成碳微球，氯化镁在碱性环境中生成氢氧化镁，并进行包覆，经超声分散、调节pH值、洗涤、抽滤、真空干燥、研磨过筛，制成氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂粉体颗粒产物，本制备方法工艺先进、数据翔实准确，产物为黑灰色粉体颗粒，颗粒直径500～650nm，包覆层厚度15～50nm，纯度高，达97%，阻燃效果好，可在纺织、印染及多种工业领域应用，是十分理想的氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法。
【专利说明】一种氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法，属无机阻燃材料的制备及应用的【技术领域】。
【背景技术】
[0002]近年来，世界及中国各地火灾事故频频发生，阻燃技术因此成了研究热点，其阻燃剂有向着无卤化、阻燃超细化、抑烟化发展的趋势，因此纳米阻燃剂受到了人们的关注。
[0003]氢氧化镁是一种拥有填充、阻燃和抑烟功能的化学填料，其烟雾无毒、无腐蚀性，是一种绿色阻燃材料，其分解生成的氧化镁是良好的耐火材料，具有极大的表面积，它能吸收烟雾和可燃物，具有消烟作用；但氢氧化镁作为无机阻燃剂，在聚合物中添加量极大，常会引起夹生现象，其凝聚成团后会形成10?100微米的颗粒，会降低聚合物材料的物理和机械性能，使阻燃有效率大幅度减弱。
[0004]碳微球具有独特的结构特征和优越的化学稳定性、热稳定性、导电导热性，其作为阻燃材料使用，仅需极少的添加量就能达到较好的阻燃效果，但是它最大的缺陷是在燃烧过程中产生的颗粒型烟雾较大。
[0005]如果用氢氧化镁对碳微球进行包覆，制成复合阻燃剂，不仅可以提升和扩展氢氧化镁的抑烟阻燃效果，又可降低阻燃剂的添加量，同时使碳微球的协同阻燃得以发挥，故两者的复合是一个优越的匹配，但这方面的研究较少，国内外鲜见报道。
【发明内容】
[0006]发明目的
[0007]本发明的目的是针对【背景技术】状况，采用氢氧化镁包覆碳微球制成复合阻燃剂，生成新的阻燃材料，以大幅度提高复合阻燃剂的阻燃效果，扩展灭火材料的应用范围。
[0008]技术方案
[0009]使用的化学物质材料为:葡萄糖、氯化镁、氨水、无水乙醇、去离子水，其组合准备用量如下:以克、毫升为计量单位
[0010]葡萄糖:C6H120648.6g±0.1g
[0011]氯化镁:MgCl2.6H2042.6g±0.1g
[0012]氨水:NH3.H2O10mL±lmL
[0013]无水乙醇:C2H6O2000 mL± IOOmL
[0014]去离子水:H2O10000 mL± IOOmL
[0015]制备方法如下:
[0016](I)精选化学物质材料
[0017]对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、浓度控制:
[0018]葡萄糖:固态固体99.9%
[0019]氯化镁:固态固体99.9%[0020]氨水:液态液体浓度25%
[0021]无水乙醇:液态液体99.9%
[0022]去离子水:液态液体99.9%
[0023](2)制备碳微球
[0024]①.配制葡萄糖水溶液
[0025]称取葡萄糖48.6±0.lg，量取去离子水600mL±lmL，置于烧杯中，快速搅拌3min，使其溶解，成0.45mol/L的葡萄糖水溶液；
[0026]②.高压反应爸加热反应
[0027]将配置好的葡萄糖水溶液置于聚四氟乙烯容器中，然后置于高压反应釜中，并密闭；
[0028]将反应釜置于高压加热炉中，并密闭，高压加热炉内压强为8MPa，开启电阻加热器，加热温度300°C ±5°C，开启反应釜顶盖上的搅拌器，进行搅拌，搅拌转数150r/min，高压加热时间8h ；
[0029]反应后关闭加热炉停止加热，停止搅拌，炉内压强恢复到常压，反应釜随炉自然冷却至250C ；
[0030]③.抽滤
[0031]将高压反应后的葡萄糖`水溶液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；
[0032]④.无水乙醇洗涤、抽滤；
[0033]将产物滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇300mL,搅拌洗涤3min,成洗涤液；
[0034]将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；
[0035]无水乙醇洗涤、抽滤重复进行10次；
[0036]⑤.去离子水洗涤、抽滤
[0037]将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水200mL，搅拌洗涤3min，成洗涤液；
[0038]将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；
[0039]去离子水洗涤、抽滤重复进行10次；
[0040]⑥.真空干燥
[0041]将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度120°C，真空度8Pa，干燥时间4h ；
[0042]干燥后得碳微球；
[0043](3)制备氢氧化镁包覆碳微球
[0044]①.配置氯化镁水溶液
[0045]称取氯化镁42.6g±0.1g,量取去离子水350mL，置于烧杯中，混合搅拌3min，成
0.6mol/L的氯化镁水溶液；
[0046]②.超声分散处理碳微球
[0047]称取碳微球lg±0.1g,称取去离子水10mL±lmL,置于烧杯中，混合搅拌3min,成碳微球悬池液；[0048]将盛有碳微球悬浊液的烧杯置于超声波分散器内进行超声分散，超声波频率40KHz,分散时间30min ；
[0049]③.稀释处理氨水
[0050]将氨水10mL± ImL置于烧杯中，加入去离子水90mL± ImL,搅拌lmin,成氨水稀释溶液；
[0051]④.将氨水稀释溶液加入三口烧瓶中，并进行搅拌；
[0052]在搅拌过程中滴加氯化镁水溶液，滴加速度3mL/min，边滴加边搅拌，成混合溶液，混合溶液PH值为10，偏碱性；继续搅拌2h，成氢氧化镁悬浊液；
[0053]⑤.将碳微球悬浊液加入三口烧瓶中，继续搅拌3h，然后静置12h，成混合液；
[0054]在氨水稀释液、氯化镁水溶液、碳微球悬浊液混合过程中将发生反应，并形成氢氧化镁包覆碳微球；
[0055]⑥.抽滤
[0056]将氢氧化镁包覆碳微球混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；
[0057]⑦.去离子水洗涤、抽滤
[0058]将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水200mL，搅拌洗涤3min，成洗涤液；
[0059]将洗涤液置于抽滤 瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；
[0060]去离子水洗涤、抽滤重复进行10次；
[0061]⑧.真空干燥
[0062]将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度120°C，真空度8Pa，干燥时间4h，干燥后为粉体颗粒；
[0063]⑨.研磨、过筛
[0064]将干燥后的粉体颗粒用玛瑙研钵、研棒进行研磨，然后用200目筛网过筛，研磨、过筛重复进行，研磨、过筛后为氢氧化镁包覆碳微球产物；
[0065](4)检测、分析、表征
[0066]对制备的氢氧化镁包覆碳微球的形貌、色泽、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征；
[0067]用JSM-6700F型场发射扫描电镜对氢氧化镁包覆碳微球进行形貌分析；
[0068]用FTIR-1730型红外光谱仪对产物进行EDS能谱分析；
[0069]用XY型氧指数仪对产物进行氧指数分析；
[0070]结论:氢氧化镁包覆碳微球为黑灰色粉体颗粒，颗粒直径500?650nm，包覆层厚度15?50nm,化学物理性能稳定；
[0071](5)产物存储
[0072]氢氧化镁包覆碳微球储存于棕色透明的玻璃容器内，密闭避光储存，要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20°C，相对湿度< 10%。
[0073]有益效果
[0074]本发明与【背景技术】相比具有明显的先进性，是针对阻燃剂氢氧化镁的性能弊端，结合碳微球热稳定性的特征，用氢氧化镁包覆碳微球制成阻燃剂，采用葡萄糖制备碳微球、氯化镁在碱性环境中生成氢氧化镁，并进行包覆，经超声分散、调节pH值、洗涤、抽滤、真空干燥、研磨过筛，制成氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂粉体颗粒，本制备方法工艺先进、数据翔实准确，产物为黑灰色粉体颗粒状，颗粒直径500-650nm，包覆层厚度15-50nm，纯度高，达97%，阻燃效果好，可在纺织、印染及多种工业领域应用，是十分理想的氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0075]图1为氢氧化镁包覆碳微球制备状态图
[0076]图2为氢氧化镁包覆碳微球与普通碳微球形貌对比图
[0077]图3为氢氧化镁包覆碳微球前后红外光谱图
[0078]图中所示，附图标记清单如下:
[0079]1、烧瓶座，2、三口烧瓶，3、滴液漏斗，4、滴液控制阀，5、搅拌器，6、酸碱度测试器，
7、测试器固定架，8、氢氧化镁包覆碳微球混合液，9、滴液漏斗固定架，10、搅拌器固定架。
【具体实施方式】
[0080]以下结合附图对本发明做进一步说明:
[0081]图1所示，为氢氧化镁包覆碳微球制备状态图，各部位置要正确，按量配比，按序操作。
[0082]制备使用的化学物质的量值是按预先设定的范围确定的，以克、毫升为计量单位。
[0083]氢氧化镁包覆碳微球是在三口烧瓶中进行的，是在常温下加入氯化镁水溶液、碳微球，并在滴加氨水的过程中、搅拌状态下完成的；
[0084]三口烧瓶2置于烧瓶座I上，在三口烧瓶2的上部由左至右依次设置滴液漏斗3、搅拌器5、酸碱度测试器6 ;滴液漏斗3下部设有滴液控制阀4，并由滴液漏斗固定架9固定；搅拌器5由搅拌器控制架10固定；酸碱度测试器6由测试器控固定架7固定；三口烧瓶2内为氢氧化镁包覆碳微球混合液8。
[0085]图2所示，为氢氧化镁包覆碳微球与普通碳微球形貌对比图，图中可见:未经包覆处理的碳微球表面形貌整体光滑圆润、粒径均匀饱满，包覆处理后的碳微球粒径变大，表面粗糙，凹凸不平，清晰可见有氢氧化镁包覆在碳微球表面。
[0086]图3为氢氧化镁包覆碳微球前后红外光谱图，a曲线为碳微球红外光谱图，从图中可以明显看到碳微球的典型特征峰出现在1621cm—1和1417cm—1波数处，分别为C=C吸收振动峰及苯环吸收振动峰，同时在3424CHT1处出现了较强的宽峰，说明碳微球表面存在-OH ；在a曲线上，还出现了羧酸-C=O的伸缩振动峰(1704CHT1)和羧酸的-COO反对称伸缩振动吸收峰(1384CHT1)，这些表明碳微球表面存在有-COOH ；b曲线为氢氧化镁包覆碳微球红外光谱图，与a曲线相比，氢氧化镁包覆的碳微球在1621(138?!1和1417CHT1处保留了原碳微球本身的C=C吸收振动峰，-C00-对称伸缩振动吸收峰以及苯环吸收振动峰；而3698CHT1处出现了 Mg(OH)2的O-H伸缩振动特征峰，同时在a曲线上的3424CHT1处的O-H伸缩振动吸收峰发生红移，移至3410cm—1处，是碳微球表面的-OH、-COOH与氢氧化镁的-OH形成氢键所致；综上可知在碳微球表面包覆了 Mg(0H)2。
【权利要求】
1.一种氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法，其特征在于: 使用的化学物质材料为:葡萄糖、氯化镁、氨水、无水乙醇、去离子水，其组合准备用量如下:以克、毫升为计量单位 葡萄糖=C6H12O648.6g±0.1g 氯化镁=MgCl2.6H2042.6g±0.1g 氨水:NH3.H2OIOmLilmL 无水乙醇:C2H6O2000 mL± IOOmL 去离子水:H2010000 mL± IOOmL 制备方法如下: (1)精选化学物质材料 对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、浓度控制: 葡萄糖:固态固体99.9% 氯化镁:固态固体99.9% 氨水:液态液体浓度25% 无水乙醇:液态液体99.9% 去离子水:液态液体99.9% (2)制备碳微球 ①.配制葡萄糖水溶液 称取葡萄糖48.6±0.lg，量取去离子水600mL±lmL，置于烧杯中，快速搅拌3min，使其溶解，成0.45mol/L的葡萄糖水溶液； ②.高压反应爸加热反应 将配置好的葡萄糖水溶液置于聚四氟乙烯容器中，然后置于高压反应釜中，并密闭；将反应釜置于高压加热炉中，并密闭，高压加热炉内压强为8MPa，开启电阻加热器，力口热温度300°C ±5°C，开启反应釜顶盖上的搅拌器，进行搅拌，搅拌转数150r/min，高压加热时间8h ； 反应后关闭加热炉停止加热，停止搅拌，炉内压强恢复到常压，反应釜随炉自然冷却至250C ； ③.抽滤 将高压反应后的葡萄糖水溶液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中； ④.无水乙醇洗涤、抽滤； 将产物滤饼置于烧杯中，加入无水乙醇300mL,搅拌洗涤3min,成洗涤液； 将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中； 无水乙醇洗涤、抽滤重复进行10次； ⑤.去离子水洗涤、抽滤 将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水200mL,搅拌洗涤3min,成洗涤液； 将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；去离子水洗涤、抽滤重复进行10次； ⑥.真空干燥 将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度120°c，真空度8Pa，干燥时间4h ； 干燥后得碳微球； (3)制备氢氧化镁包覆碳微球 ①.配置氯化镁水溶液 称取氯化镁42.6g±0.1g,量取去离子水350mL，置于烧杯中，混合搅拌3min，成0.6mol/L的氯化镁水溶液； ②.超声分散处理碳微球 称取碳微球lg±0.1g,称取去离子水10mL±lmL,置于烧杯中，混合搅拌3min,成碳微球悬池液； 将盛有碳微球悬浊液的烧杯置于超声波分散器内进行超声分散，超声波频率40KHz，分散时间30min ； ③.稀释处理氨水 将氨水10mL± ImL置于烧杯中，加入去离子水90mL± ImL,搅拌lmin，成氨水稀释溶液； ④.将氨水稀释溶液加入三口烧瓶中，并进行搅拌； 在搅拌过程中滴加氯化镁水溶液，滴加速度3mL/min，边滴加边搅拌，成混合溶液，混合溶液PH值为10，偏碱性；继续搅拌2h，成氢氧化镁悬浊液； ⑤.将碳微球悬浊液加入三口烧瓶中，继续搅拌3h，然后静置12h，成混合液； 在氨水稀释液、氯化镁水溶液、碳微球悬浊液混合过程中将发生反应，并形成氢氧化镁包覆碳微球； ⑥.抽滤 将氢氧化镁包覆碳微球混合液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中； ⑦.去离子水洗涤、抽滤 将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水200mL,搅拌洗涤3min,成洗涤液； 将洗涤液置于抽滤瓶的布氏漏斗中，用微孔滤膜进行抽滤，滤膜上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中； 去离子水洗涤、抽滤重复进行10次； ⑧.真空干燥 将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中干燥，干燥温度120°C，真空度8Pa，干燥时间4h，干燥后为粉体颗粒； ⑨.研磨、过筛 将干燥后的粉体颗粒用玛瑙研钵、研棒进行研磨，然后用200目筛网过筛，研磨、过筛重复进行，研磨、过筛后为氢氧化镁包覆碳微球产物； (4)检测、分析、表征 对制备的氢氧化镁包覆碳微球的形貌、色泽、成分、化学物理性能进行检测、分析、表征； 用JSM-6700F型场发射扫描电镜对氢氧化镁包覆碳微球进行形貌分析； 用FTIR-1730型红外光谱仪对产物进行EDS能谱分析； 用XY型氧指数仪对产物进行氧指数分析； 结论:氢氧化镁包覆碳微球为黑灰色粉体颗粒，颗粒直径500?650nm，包覆层厚度15?50nm,化学物理性能稳定； (5)产物存储 氢氧化镁包覆碳微球储存于棕色透明的玻璃容器内，密闭避光储存，要防水、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20°C，相对湿度< 10%。
2.根据权利要求1所述的一种氢氧化镁包覆碳微球阻燃剂的制备方法，其特征在于:所述的氢氧化镁包覆碳微球是在三口烧瓶中进行的，是在常温下加入氯化镁水溶液、碳微球，并在滴加氨水的过程中、搅拌状态下完成的； 三口烧瓶(2)置于烧瓶座(I)上，在三口烧瓶(2)的上部由左至右依次设置滴液漏斗(3)、搅拌器(5)、酸碱度测试器(6);滴液漏斗(3)下部设有滴液控制阀(4)，并由滴液漏斗固定架(9)固定；搅拌器(5)由搅拌器控制架(10)固定，酸碱度测试器(6)由测试器固定架 (7)固定；三口烧瓶内为氢氧化镁包覆碳微球混合液(8)。
【文档编号】C09K21/02GK103436269SQ201310360761
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】牛梅, 戴晋明, 杨雅茹, 王欣, 薛宝霞, 张莹, 刘旭光, 许并社 申请人:太原理工大学