超细氢氧化镁的制备及其性能

徐爱玲，王春梅

（南通大学纺织服装学院，江苏南通 226019）

随着生活水平的提高，人们对于人身安全以及致病细菌的控制越来越重视，因此，阻燃抗菌剂的重要性日益突显。氢氧化镁具有阻燃性能好、无毒、抑烟等优点，作为一种绿色环保的无机阻燃剂在国内外日益受到重视，成为阻燃剂开发研究的热点[1]。此外，氢氧化镁可以通过胞吞机理进入细胞内，破环细胞内部环境使细菌死亡，以达到抗菌效果[2]；氢氧化镁作为一种无机抗菌剂还具有广谱性、高耐热性以及环境友好性等。

常见的氢氧化镁制备方法有物理粉碎法、矿石煅烧水化法、液相沉淀法[3]。郑水林等[4]采用介质搅拌磨粉碎水镁石制得2.29 μm的氢氧化镁。高培伟等[5]采用菱镁矿煅烧制得约0.05 mm的氢氧化镁。吴湘锋等[6]采用液相沉淀法制得粒径约为2 μm的氢氧化镁。液相沉淀法原料易得、操作简单，而且制得的氢氧化镁粒径较小，但是在溶液中容易形成胶体，并且胶体粒子之间极易发生团聚。因此，本课题在液相沉淀法的基础上，选择合适的工艺条件，并加入有效的表面活性剂，使氢氧化镁沉淀能够稳定地存在于溶液中，制备出超细、高分散的氢氧化镁，优化了制备工艺，并测试、分析了氢氧化镁的表面形貌以及阻燃抗菌性能。

1 实验

1.1 材料及仪器

材料：六水合氯化镁（分析纯，汕头市西陇化工厂有限公司），氢氧化钠（分析纯，西陇科学股份有限公司），无水乙醇（分析纯，上海振兴化工一厂），分散剂平平加O-25（工业级，中国医药上海化学试剂公司），大肠杆菌ATCC 25922（批号A1016B，上海鲁微科技有限公司），磷酸二氢钾（分析纯，上海山浦化工有限公司），磷酸二氢钠（分析纯，上海苏懿化学试剂有限公司），营养肉汤（工业级，杭州百思生物技术有限公司），营养琼脂（生物纯，上海博微生物科技有限公司）。

仪器：EL303电子天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]，KS-300D超声波清洗器（宁波科生仪器厂），HH·S11·1电热恒温水浴锅（上海华联环境试验设备公司恒昌仪器厂），101AB-1电热恒温鼓风干燥器、SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵、SXJQ-1型数显直流无极调速搅拌器（郑州长城科工贸有限公司），Nano Brook 90 Plus Zeta纳米粒度仪（美国布鲁克海文仪器公司），V-1200可见分光光度计（上海美谱达仪器有限公司），TG 209 F3 Tarsus热重分析仪（德国NETZSCH公司），SW-CJ-1D单人净化工作台（上海苏净实业有限公司），SHP-160型智能生化培养箱（上海三发科学仪器有限公司），立式压力蒸汽灭菌器（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）。

1.2 氢氧化镁的制备

工艺配方：六水合氯化镁0.5 mol/L，氢氧化钠0.25～1.25 mol/L，平平加O 0～2.18 g/L，乙醇与水体积比1∶0～0∶1，20～100 ℃，30～150 min。

工艺流程：配制氯化镁溶液→加入平平加O→将含平平加O的氯化镁溶液加入到氢氧化钠溶液中→反应→冷却、陈化→过滤→洗涤→干燥→研磨→氢氧化镁粉体。

1.3 测试

粒径：使用纳米粒度仪测试，测3次取平均值。

分散性：通过氢氧化镁在有机溶剂中的吸光度进行表征。固体悬浮液的吸光度与颗粒表面、溶剂的亲和力有关[7]。称取0.5 g氢氧化镁溶解在20 mL无水乙醇中，静置2 h使稳定分散，取上层清液测500 nm处的吸光度，平行测试3次，取平均值。

热稳定性[8]：在氮气氛围下使用热重分析仪测试，40～800℃，升温速率20℃/min。

表面形貌：采用扫描电子显微镜观察。

抗菌性：以大肠杆菌ATCC 25922为测试菌种，参照GB/T 20944.3—2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》进行测试。抑菌率计算公式如下：

式中：Wb为标准空白样的活菌浓度；Wa为抗菌试样的活菌浓度。

2 结果与讨论

2.1 氢氧化镁制备工艺优化

2.1.1 原料配比

由表1可以看出，氯化镁和氢氧化钠物质的量比为1.0∶2.0时粒径最小，而此时吸光度最大。根据化学反应方程式，配比为1.0∶2.0时，反应结束后溶液中没有过多的OH-和Mg2+，如果溶液中存在过多的OH-和Mg2+会导致溶液的离子积变大，饱和度过高，分散性能变差。所以氯化镁与氢氧化钠物质的量比选择1.0∶2.0。

冠心病组胆红素、HDL浓度低于非冠心病组，血尿酸水平、TC、LDL高于非冠心病组；均有统计学意义（P＜0.05）。两组比较上TG无统计学意义（P＞0.05）。表明高TBIL、IBIL、DBIL、HDL为冠心病的保护因素，UA、LDL、TC为冠心病危险因素；见表2。

表1 原料配比对氢氧化镁粒径以及吸光度的影响

2.1.2 平平加O用量

平平加O用量对氢氧化镁粒径以及吸光度的影响见表2。

表2 平平加O用量对氢氧化镁粒径以及吸光度的影响

由表2可以看出，随着平平加O用量的增加，粒径先减小后增大，当平平加O用量在0.87 g/L时粒径达到最小，而吸光度随着分散剂用量的增加先增大后减小。反应中，平平加O包覆于氢氧化镁表面，抑制了镁离子在已生成的氢氧化镁颗粒表面的生长，使得氢氧化镁粒径趋于稳定，且隔离了粒子间的相互吸引，抑制了团聚[9]。包覆程度越高，团聚的趋势越弱，粒径越小，分散性能越好，而当平平加O用量超过0.87 g/L时，粒径变大，吸光度减小。因为相同产量的氢氧化镁比表面积相同，当平平加O用量到达一定数值时，可以将氢氧化镁颗粒刚好包覆，此时分散效果最好；若使用过量的平平加O，会影响分散剂在氢氧化镁表面的包覆效果，从而使制备的氢氧化镁粒径变大，分散性能降低。所以，平平加O的较佳用量为0.87 g/L。

2.1.3 乙醇与水体积比

由表3可知，随着乙醇用量的减少，氢氧化镁的粒径逐渐变小；当乙醇与水体积比为1∶5时粒径最小，而后增大。乙醇作为一种极性的有机溶剂可以抑制氢氧化镁粉体的团聚，但乙醇过多会使氢氧化镁粒子分散性变差，并且团聚严重。乙醇越多，吸光度越低，氢氧化镁的分散性能越差，乙醇与水体积比为1∶5时粒径最小，且吸光度相对较大，所以乙醇和水的较佳体积比为1∶5。

表3 乙醇与水体积比对氢氧化镁粒径以及吸光度的影响

2.1.4 反应温度

由表4可知，随着反应温度的升高，氢氧化镁的粒径先减小后增大，80℃时粒径最小；吸光度则随着反应温度的升高而增大，80℃时达到最大，而后减小。这是因为温度较低时，反应体系黏度较大，分散性能较差，易发生团聚，导致粒径增大；温度升高，反应体系黏度减小，分散性能增加，在一定程度上抑制了氢氧化镁颗粒间的团聚，从而使粒径减小[10]。但平平加O包覆是放热反应，温度过高使得分散剂无法很好地包覆氢氧化镁，从而使氢氧化镁的粒径增大，分散性能变差。故反应温度选择80℃为宜。

表4 反应温度对氢氧化镁粒径以及分散性的影响

2.1.5 反应时间

表5 反应时间对氢氧化镁粒径以及吸光度的影响

2.2 氢氧化镁性能

2.2.1 热稳定性

由图1中的分解温度以及3个阶段的失重率可知，氢氧化镁具有较好的热稳定性。

图1 氢氧化镁TG图谱

氢氧化镁作为阻燃剂的阻燃机理主要体现在分解吸热、释放水分、隔绝氧气等方面。热解方程如下：

由图1A可知，改性氢氧化镁从40℃开始失重，但失重不明显，受热损失的是自身的结晶水；当温度为357.5℃时失重骤然增大；当温度为381.9℃时几乎不再失重（失重16.67%）。由图1B可知，未改性氢氧化镁也是从40℃开始失重，但失重不明显；当温度为332.5℃时失重骤然增大；当温度为377.5℃时几乎不再失重（失重23.62%）。比较图1A、图1B发现，改性氢氧化镁的分解温度高于未改性氢氧化镁，失重率低于未改性氢氧化镁。这是因为平平加O的热稳定性好，被平平加O包覆的氢氧化镁分解速率变慢，可以更好地发挥阻燃作用。

2.2.2 扫描电镜

由图2可知，改性氢氧化镁颗粒相对较小，大颗粒比较少，团聚趋势比较弱，因为氢氧化镁颗粒表面被平平加O包覆，减少了颗粒间的吸引，抑制了团聚，使得氢氧化镁颗粒相对较小。未改性氢氧化镁大颗粒较多，颗粒间分布不均匀，团聚严重。

图2 氢氧化镁SEM图（×2 000）

2.2.3 抗菌效果

经计算，未改性氢氧化镁的抑菌率为98.86%，改性氢氧化镁的抑菌率为99.99%。氢氧化镁为中强碱，细菌与粉末状的氢氧化镁直接接触时，氢氧化镁颗粒因胞吞作用进入细胞内部，在细胞体内释放大量的OH-，破坏细胞体内正常的中性环境，引起核酸和蛋白质化学变性，导致细菌死亡。改性氢氧化镁分散性较好，能更加充分地与细菌接触，所以抗菌效果更好（图3）。

图3 氢氧化镁粉末的抗菌效果

3 结论

（1）超细氢氧化镁的优化制备工艺：氯化镁与氢氧化钠物质的量比1.0∶2.0，平平加O用量0.87 g/L，乙醇和水体积比1∶5，80℃反应120 min。在此工艺条件下制得的氢氧化镁粒径为124.35 nm，在介质中能很好地分散，有效地解决了易聚集的问题。

（2）平平加O改性的氢氧化镁团聚趋势较弱，颗粒较小，具有更好的阻燃以及抗菌效果。