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国内外镁盐晶须研究进展
2011年42期 发行日期:2011-11-01
作者:印万忠 姜玉芝 张丽丽
国内外镁盐晶须研究进展
东北大学资源与土木工程学院 印万忠
沈阳理工大学材料科学与工程学院 姜玉芝 张丽丽
沈阳凯尔德科技发展有限公司 程坦
    最近几年,人们对镁盐晶须的研究活跃,主要原因是,它不仅具有优良的力学性能,还可以作为优良的阻燃剂
填充在聚合物中,改善材料的阻燃性,尤其在当今人们普遍寻找无卤、环保、无毒阻燃剂的情况下,它的应用前景
更为广阔。
    一、碱式硫酸镁晶须
    全球氢氧化镁粉体生产主要集中在日本、美国、欧洲等国家和地区。日本、美国基本上使用海水、苦卤、卤水
为原料制备氢氧化镁,仅有较小份额以菱镁矿、轻烧氧化镁和水镁石为原料制备。欧洲各国制备氢氧化镁所使用的
原料为海水、卤水和矿石皆而有之。其他国家根据各自的资源也在规划和发展着本国的氢氧化镁材料的生产与制备。
    在开发以海水为原料制取氢氧化镁阻燃剂的同时,日本一些企业还把注意力放在了以水镁石为原料生产氢氧化
镁的工艺开发上。Nishio等以氢氧化镁和硫酸镁为原料,在水热合成条件下制得直径0.3?滋m、平均长度100?滋m
的碱式硫酸镁晶须,并作为增强材料用于聚丙烯等树脂的改性,收到了良好的效果。
    魏钟晴等利用硫酸镁和氢氧化镁(或氧化镁)在高压釜内进行水热合成反应,反应温度为100~200℃,采用适
当的摩尔比可以合成153型或152型碱式硫酸镁晶须产品。Ding Yi等以氢氧化钠、硫酸镁或硫酸钠水溶液为原料,
水热合成碱式硫酸镁晶须。吴健松等以MgSO4·7H2O和NaOH为原料,采用丁醇-变频微波-水热法,在水热反应体系
中加入体积分数为25%的丁醇,变频微波加热至反应温度为130℃反应9h时,可获得粒度分布均匀、晶形好、分散
性好、表面光滑、缺陷少,直径0.8~1.1μm,长度60~100μm的优质碱式硫酸镁晶须。
    高传慧以氯化镁或海水制盐副产卤水为原料,加入硫酸镁和氨水,采用无模板水热法一步合成152型碱式硫酸
镁晶须,直径为0.5~2μm,长径比为50~200。两种原料所合成的晶须形貌以及长径比差别不大;添加乙醇作为晶
形控制剂扇形晶须数量减少,分散性较好;添加乙酸作为晶形控制剂晶须扇形聚集更加明显,长度明显增加,长径
比增加较大。王晓轩等采用一步水热合成法,制备出了碱式硫酸镁晶须,该过程使MgSO4·7H2O和NaOH直接反应,
省去了中间生成Mg(OH)2的步骤,降低了能耗和生产成本。
    二、氢氧化镁晶须
    氢氧化镁晶须制备的研究报导较多,合成方法和原料不尽相同。邓国初等人研究了以天然水镁石矿物为原料,
制备纤维状氢氧化镁的过程,发现水镁石纳米纤维可以均匀分散于水溶液中,并保持长时间稳定,具有较高的理论
强度,适合作高分子增强材料。但受天然水镁石限制,产物纯度和形貌并不理想。
    山东大学盐化学化工研究所以苦卤为原料,通过使用助滤剂、中合剂、晶习改变剂等手段,采用水热合成技术
制备阻燃用纤维状氢氧化镁,并形成工艺路线,解决了氢氧化镁生产中的形貌控制和过滤洗涤两大难题,制备出的
产品纯度高,粒度均匀,其工艺技术已达国际先进水平。徐旺生等以白云石为原料,煅烧得到白云石粉,经消化、
多级碳酸化处理,过滤除去碳酸钙,得到重镁Mg(HCO3)2水溶液,与氨水反应后水热处理、表面改性等,得到阻燃
性能良好、成本低廉的镁盐晶须产品。沈阳理工大学姜玉芝等以碱式硫酸镁晶须和氢氧化钠为原料,利用水热合成
法制备出直径<0.5?滋m,长径比≥30,表面光滑无弯曲、纤细均匀,物相为单一相镁盐晶须产品,纯度达到99.69%。
Li Yan等利用MgSO4·7H2O 和氨水为原料,将氨水滴加到MgSO4溶液中,当pH值达到12时,生成白色沉淀,将沉
淀转移到高压釜中水热处理10h,制备出了长3μm、直径30nm的棒状Mg(OH)2晶须。
    江苏海水综合利用研究所、兰州化学工业公司研究院以及中科院青海盐湖研究所等都致力于研制特殊晶形的氢
氧化镁阻燃剂。吴健松等以MgCl2·6H2O和NaOH为原料,采用丙三醇-变频微波-水热法制备了优质氢氧化镁晶须,
当丙三醇体积分数为15%、变频微波加热至180℃反应6h,可获得直径约为0.1~0.3μm,长度约为80~110?滋m
分散性较好的氢氧化镁晶须。
    三、其它
    其它镁盐晶须的制备也得到国内外学者专家的极大关注,并进行了一系列的研究和报道。氧化镁晶须具有熔点
(2850℃)高、强度大、弹性模量高、成本低等优点,很适合作为多种复合材料的强化材料,也被认为是极具发展
前途的无机材料。氧化镁晶须的制备方法一般有烧结法、化学合成法和化学气相沉积法。R. Hahn等利用电化学将
制得的氢氧化镁晶须通过热处理转化成纳米氧化镁晶须。乃学瑛等以无水MgCl2为原料、KCl为助熔剂,分段灼烧,
制备出直径1~5μm、长50~2000μm 的氧化镁晶须。
    化学气相沉积法是将Mg在高温下变成蒸汽,水蒸气在Ar的携带下,与Mg蒸汽反应生成MgO。由于Ar气流的
作用,形成的MgO沉积在气流末端的单晶硅板上,同时为MgO晶须的生长提供了好的条件。
    碱式氯化镁晶须成本低廉、简单易得,可以应用于增强剂、阻燃剂等领域。对于碱式氯化镁晶须制备的报道不
是很多,制备方法主要有化学液相反应法或水热法。王在华等以氧化镁和氯化镁为主要原料,并控制两者的物质的
量比在0.10~0.15之间,搅拌速率初始值500r/min,120min后调为1000r/min,氯化镁浓度≥4.0mol/L,反应温
度150℃~200℃,反应釜填充度50%~80%,反应8~12h,得到了形貌良好的碱式氯化镁晶须。张路等以普通级卤
片、去离子水配置3mol/L的氯化镁溶液,用恒压滴液漏斗在盛有卤水的三口烧瓶中,滴加28%氨水适量,30℃水浴
下搅拌2h,饱和母液65℃陈化结晶48h,抽滤,去离子水洗、醇洗后,在60℃下干燥得纳米级碱式氯化镁晶须。
    四、结语
    我国是镁资源大国,如何充分利用优质矿产资源,大力发展镁盐晶须产业,尚需专家、学者不断努力。未来镁
盐晶须的应用市场将会相当巨大,镁盐晶须的制备将向节能、低碳、环保、低成本和可持续发展的方向发展,镁盐
晶须的研发空间广阔。
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