分散剂对纳米氢氧化镁制备的影响

苏明阳，徐竟一

（河南工业职业技术学院，河南 南阳 473000）

分散剂对纳米氢氧化镁制备的影响

苏明阳，徐竟一

（河南工业职业技术学院，河南 南阳 473000）

纳米氢氧化镁是一种具有广泛用途的新型无机材料，可作为绿色阻燃剂和用于制备纳米氧化镁等。通过直接沉淀法制备纳米氢氧化镁是最具有工业化前景的方法。以氨水为衬底溶液，氯化镁和氢氧化钠溶液同时滴加的双注-衬底工艺制备纳米氢氧化镁，重点研究了分散剂的类型、用量及复合使用对纳米氢氧化镁制备的影响。结果表明：较理想的分散剂是聚乙二醇6000（PEG6000）和硬脂酸钠，复合使用 PEG6000与十二烷基苯磺酸钠（SDBS），效果更好。PEG6000和SDBS的最佳用量分别为氢氧化镁理论产量的3%及1.5%。在该条件下，产品的纯度约为97%，产品主要为片状，分散性较好，平均粒径约为70 nm。

纳米氢氧化镁；分散剂；团聚

纳米氢氧化镁是一种具有广泛用途的新型无机材料，在阻燃、水处理等方面具有广泛的应用[1,2]。纳米氢氧化镁常用的制备方法有沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、溶剂热法等，其中以镁盐为原料，通过直接沉淀制备的方法最具工业化的应用前景。但是通过沉淀反应制得的氢氧化镁往往因定向速率小，聚集速率大，而没有足够长的时间进行晶格排列，生成的沉淀晶型不完整，团聚严重。目前防止纳米颗粒团聚最有效的方法是加入分散剂，因为分散剂可吸附在粒子表面以降低粒子的表面能，同时产生空间位阻效应，从而有效地控制晶粒的生长和防止粒子团聚。常用的分散剂主要有阴离子表面活性剂和非离子型表面活性剂。Zheng等以氯化镁为原料，氨水为沉淀剂，聚乙二醇（PEG1000）作为分散剂，制备出直径为6～34 nm，长为63～200 nm的管状纳米氢氧化镁[3]。Fang等在加入聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的情况下，制备出平均粒径约为174 nm的薄片状氢氧化镁[4]。采用复合分散剂也可获得良好效果。例如，胡章文等以十二烷基苯磺酸钠和辛基酚聚氧乙烯醚(OP-10)为分散剂，一步法制备出直径为25～50 nm的棒状纳米氢氧化镁[5]。Qu等以含胺基官能团的水溶性聚合物和阴离子表面活性剂为分散剂，采用直接沉淀法，通过控制合适的合成工艺参数，分别制得了针状、片状和棒状的纳米氢氧化镁粉体[6]。

本文以氨水为衬底溶液，氯化镁和氢氧化钠溶液同时滴加的双注-衬底工艺制备纳米氢氧化镁，重点研究了分散剂的类型、用量及复合使用对纳米氢氧化镁制备的影响。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

六水氯化镁、氢氧化钠、氨水、硬脂酸、聚乙二醇（PEG）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、油酸、月桂酸、聚乙烯醇十六烷基三甲基溴化铵（(CTAB)及乙二胺四乙酸二钠（EDTA）均为分析纯试剂，由国药集团化学试剂有限公司生产。

日本电子公司JEM-2000XG透射电镜，日本理学公司Rigaku D/max-2500 X-射线衍射仪。

1.2 纳米氢氧化镁的合成

向100 mL带搅拌的三口烧瓶中依次加入分散剂（分散剂用量以氢氧化镁理论产量为基准）、6.25 Ml 4 mol/L氨水和6 mL去离子水。当物料温度升温到80 ℃时，同时滴加42.5 mL 2 mol/L氢氧化钠溶液和50 mL 1 mol/L氯化镁溶液。滴加完毕后，继续保温反应1 h。随后将物料转移到烧杯中，于室温下静置陈化约12 h后过滤，滤饼用25 mL×5去离子水洗滴4次，15 mL乙醇洗涤1次，再于120～130 ℃干燥3 h得产品。

1.3 产品的分析及表征

采用EDTA络合滴定法测定氢氧化镁的纯度。取少量干燥研磨后的样品用水分散，超声作用 20 min。用玻璃毛细管吸取粉末和水的均匀混合液，然后滴2～3滴该混合液体到微栅上，通过透射电镜观察颗粒形貌、一次粒径及分散情况。

2 结果与讨论

2.1 分散剂类型的影响

在物料滴加时间为 15～20 min，分散剂用量为3%的情况下，考察了分散剂类型对反应的影响。结果见表1和图1。表1和图1的结果表明：分散剂类型会影响到MH的粒径、形态、过滤性能、纯度及粒子的分散。采用硬脂酸钠和油酸钠，产品过滤速度较快，但产品的纯度较低，这可能是由于它们易于与镁形成沉淀；而采用PEG等，产品的纯度较高，超过 96%，但是产品较难过滤；采用 SDBS、油酸钠、月桂酸钠，尽管产品容易过滤，但是颗粒以针状为主，团聚严重。针状出现的原因可能在于分散剂在一定晶面上吸附，阻碍了构晶离子在这些晶面上的生长，从而改变了晶体的生长方向。针状颗粒表面能较高，团聚趋势较强，加之原料浓度较高，所以出现了针状团聚体。相比之下，采用硬脂酸钠和PEG6000，MH颗粒分散比较好，且以片状为主，平均粒在60～80 nm之间；采用聚乙烯醇和CTAB，MH颗粒分散较差，且颗粒粒径增大。值得注意的是在对颗粒分散的影响方面，PEG2000效果不如PEG6000。原因可能在于分子量大的PEG配位能力更强，再加上长分子链，可以产生很好的空间位阻效应，阻止颗粒间的团聚。综合以上结果，硬脂酸钠和PEG6000为较适宜的分散剂。

表1 分散剂类型对产物性能的影响Table 1 Effect of dispersant type on properties of products

图 1 硬脂酸钠用量对MH颗粒形态的影响Fig.1 Effect of the amount of sodium stearate on the morphology of MH particles

2.2 分散剂用量的影响

硬脂酸钠用量对反应的影响见表2和图2。结果表明：硬脂酸钠用量对MH粒度、过滤性能、纯度及粒子的分散都有较大影响。硬脂酸钠的用量增加，MH的纯度降低，可能是由于易于与镁离子形成沉淀。硬脂酸钠用量为1.3%，纯度最高；而用量为3%时，其纯度降低到 92.78%。其次硬脂酸钠用量增加有利于MH的过滤，用量为1.3%时，过滤极其缓慢；用量为3%时，过滤非常快。此外硬脂酸钠用量增加，有利于MH粒子的分散。用量为2.2%～3%时，MH粒子分散较好，粒径分布较均匀，晶形以片状为主，伴有少量针状。用量为2.2%时，平均粒径约为73 nm，针状略多；用量为3.0%时，平均粒径约为62 nm，针状较少；用量为1.3%时, MH粒子团聚严重。综合以上结果，硬脂酸钠较合适用量为3%。

表2 硬脂酸钠用量对产品性能的影响Table 2 Effect of the amount of sodium stearate on properties of products

图 2 硬脂酸钠用量对MH颗粒形态的影响Fig.2 Effect of the amount of sodium stearate on the morphology of MH particles

PEG6000用量影响的实验结果见表3和图3。

表3 PEG6000用量对产品性能的影响Table 3 Effect of the amount of PEG6000 on properties of products

图3 PEG6000用量对MH颗粒形态的影响Fig.3 Effect of the amount of PEG6000 on the morphology of MH particles

结果表明：PEG6000用量对MH的纯度影响不大，但对其粒度、过滤性能及粒子的分散都有较大影响。采用PEG6000时，MH的过滤性较差。用量为3%时，过滤略快；用量为1.1%时，过滤极其缓慢。随着PEG6000用量增加，其对已生成的MH颗粒的包覆作用增强，可以有效抑制团聚现象的发生，同时很好地控制了颗粒的生长。用量为 1.1%时，产品分散较差，且针状晶型较多，平均粒径增大，有团聚。当用量增至3%时，产品晶形以片状为主，平均粒径约78 nm。综合以上结果，PEG6000的合适用量为3%。

以上结果表明，采用硬脂酸钠和PEG6000，均能制得分散良好的纳米MH。采用硬脂酸钠，MH过滤性能良好，但MH的纯度较低，仅约93%；采用PEG6000，MH的纯度高达 96%以上，但产品过滤较困难。

2.3 复合使用分散剂的影响

为了改善PEG6000作为分散剂时产品的过滤性能，在PEG6000用量为3%，其它条件不变的情况下，考察了PEG复合使用硬脂酸钠或SDBS(用量均为1.5%)对反应的影响，结果见表4和图4。结果表明:混合使用PEG6000和硬脂酸钠或SDBS对MH的纯度影响不大，但对其粒度、过滤性能及粒子的分散都有较大影响。混合使用PEG6000和SDBS，明显地改善了MH的过滤性能，MH颗粒以片状为主，分散较好，平均粒径约70 nm；混合使用

PEG6000和硬脂酸钠，尽管MH的过滤性能得到了显著改善，过滤速度很快，但MH粒子团聚严重，分散情况很不理想。

表4 分散剂复合使用对产品性能的影响Table 4 Effect of the mixed use of dispersants on properties of products

图4 分散剂复合使用对MH颗粒形态的影响Fig.4 Effect of the mixed use of the dispersants on the morphology of MH particles

3 结 论

防止纳米氢氧化镁团聚的较理想方法是加入分散剂。较理想的分散剂是PEG6000和硬脂酸钠。联合使用PEG6000与SDBS，效果更好。PEG6000和SDBS的合适用量分别为氢氧化镁理论产量的3%和1.5%。

在此条件下，产品的纯度约为97%，产品主要为片状，分散性较好，平均粒径约为70 nm。

［1］F.Laoutid, L.Bonnaud, M.Alexandre, et al. New prospects in flame retardant polymer materials: From fudamentals to nanocomposites[J]. Materials Science and Engineering R, 2009, 63: 100-125.

［2］Xiaojun Guo, Juan Lu, Li Zhang. Magnesium hydroxide with higher adsorption capacity for effective removal of Co(Ⅲ) from aqueous solutions[J]. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers, 2013, 44: 630-636.

［3］Jun Zheng, Wei Zhou. Solution-phase synthesis of magnesium hydroxide nanotubes[J]. Materials Letters, 2014, 127: 17-19.

［4］Huaxiong Fang, Tao Zhou, Xiangping Chen, et al. Controlled preparation and characterization of nano-sized hexagonal Mg(OH)2flame retardant[J]. Particuology, 2014, 14: 51-56.

［5］胡章文，王理想，杨保俊，等. 硫酸镁一步法制备氢氧化镁阻燃剂[J]. 过程工程学报，2007，7(3) :561-565.

［6］Lv Jiangping，Qiu Longzhen，Qu Baojun. Controlled growth of three morphological structures of magnesium hydroxide nanoparticles by wet precipitation method[J]. Journal of crystal growth，2004，267(3-4) ：676-684.

Effect of Dispersants on Preparation of Magnesium Hydroxide Nanoparticles

SU Ming-yang,XU Jing-yi
（Henan Polytechnic Institute, Henan Nanyang 473000, China）

As a new type of inorganic material, magnesium hydroxide nanoparticles can be used as a green flame retardant and also to prepare magnesia nanoparticles. With magnesium salts as raw materials, the direct precipitation method for preparation of magnesium hydroxide nanoparticles has wide industrialization prospect. In this thesis, the effect of dispersants on preparation of magnesium hydroxide nanoparticles was studied. The results indicate that PEG6000 and sodium stearate are the preferred dispersants, and combination of PEG6000 with SDBS has better effect, their appropriate amounts are 3% and 1.5%(wt) of theoretical weight of magnesium hydroxide respectively. Under above conditions, the lamella particles with average size of 70 nm can be prepared, the purity of products is about 97%.

Magnesium hydroxide nanoparticles; Dispersant; Agglomeration

TQ 028

： A

： 1671-0460（2015）03-0467-04

2014-10-25

苏明阳（1984-），男，河南南阳人，助教，硕士，2010年毕业于青岛科技大学化学工艺专业，研究方向：精细化学品和精细化工技术。E-mail：sumingyang@foxmail.com。