[发明专利]一种纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工材料制备领域，具体地，本发明涉及一种纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法。

背景技术

碱式硫酸镁晶须亦称硫氧镁晶须（简称MOS晶须），化学式为MgSO₄·5Mg(OH)₂·3H₂O或MgSO₄·5Mg(OH)₂·2H₂O，外观为白色粉体，显微镜下为单个针状或扇形晶体，具有高强度、低密度和高弹性模量的特点，可以作为塑料、橡胶、树脂和陶瓷等复合材料的填充材料，提高基体的力学性能。MOS作为一种功能型的晶须，不仅能增强，而且阻燃，是高性能无机阻燃增强材料。概括起来，碱式硫酸镁晶须的制备方法按照原料的不同主要有以下几种：（1）活性氧化镁与硫酸镁溶液或硫酸溶液制成料浆进行水热反应；（2）氢氧化镁与硫酸镁溶液制成料浆后水热反应；（3）水溶性镁盐与氢氧化钠等沉淀剂生成氢氧化镁沉淀，过滤洗涤后再与硫酸镁或硫酸钠等溶液进行水热反应；（4）硫酸镁溶液与氢氧化钠溶液制成料浆后进行水热反应。（1）（2）两种方法中，活性氧化镁与氢氧化镁因为原料批次活性、粒径及结晶度的不同，所制备的碱式硫酸镁晶须质量难以控制。方法（3）中镁盐与氢氧化钠反应生成氢氧化镁沉淀，结晶度较差，氢氧化镁过滤洗涤一直是工业生产的难题。岳涛、伊赞荃等采用方法（4）制备碱式硫酸镁晶须，容易得到扇形的碱式硫酸镁晶须，这些扇形晶须做为增强材料添加于基体中，晶须难以分散，造成复合材料力学性能下降。因此，在MOS制备技术中就需要避免扇形晶须的生长。向兰等在反应料浆加入螯合型形貌控制剂抑制扇形晶须的生长。中国专利CN101319378A公开了一种碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法难以抑制扇形晶须生长。卢会刚通过优化水热反应条件及添加EDTA的方法控制合成纤维状碱式硫酸镁晶须，反应条件范围窄，工业化操作时产品质量难以控制；水热反应时间长、单次产量低，加入EDTA导致母液循环困难等问题。

总之，前人在纤维状碱式硫酸镁晶须方面做了大量的工作，但存在着工艺过程复杂及晶须形貌不均等问题，限制了相关技术的进一步工业应用。

发明内容

本发明的目的是，为了解决上述问题提供一种制备纤维状碱式硫酸镁晶须的新方法。该方法工艺简单，成本低廉，产品附加值高，由此制备的晶须产品长径比较大，解决了扇形晶须问题。

本发明的纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法，包括以下步骤：

1）将MgSO₄·7H₂O配制成硫酸镁溶液，搅拌加入NaOH粒碱，在25℃～100℃下陈化2～24小时得到料浆；

2）将步骤1）得到的料浆移入水热反应釜中，填充度为50%～80%，加入NaOH粒碱质量的0.5%～5%的晶种，搅拌均匀；料浆在130℃～180℃下反应2～12小时；

3）步骤2）反应结束后自然冷却至室温得到的白色悬浊液，经过滤、洗涤、烘干后即得到纤维状碱式硫酸镁晶须。

根据本发明的制备方法，其中，步骤1）所述硫酸镁溶液中硫酸镁浓度为1.0～1.5mol/L。

根据本发明的制备方法，其中，步骤1）所述硫酸镁与氢氧化钠的摩尔比为（0.65～1.00）：1。

根据本发明的制备方法，其中，步骤2）所述晶种由碱式硫酸镁晶须球磨制得，优选粒径在0.2～2.0μm之间。制备上述晶种所用碱式硫酸镁晶须为现有的市面上销售的碱式硫酸镁晶须，例如，153或152型碱式硫酸镁晶须。

现有技术中，向兰等采用硫酸镁与氢氧化钠水热反应制备碱式硫酸镁晶须，首先硫酸镁溶液与氢氧化钠溶液反应得到纳米级氢氧化镁，然后过滤、洗涤氢氧化镁。纳米级的物料过滤洗涤在工业上较难实现。加入螯合型形貌控制剂控制扇形晶须，增添了母液成分，给母液的循环利用带来困难。

而本发明的纤维状碱式硫酸镁晶须的制备方法中：

1）MgSO₄·7H₂O配制成一定浓度的溶液，搅拌加入一定量的粒状的NaOH，有利于氢氧化镁结晶度的提高，然后陈化料浆，进一步提高氢氧化镁的结晶度。工业上料浆的配制可以在溶解槽或配料罐中进行，易于工业设计。

氢氧化镁结晶度增加，降低反应过程中氢氧化镁的溶解速度，控制碱式硫酸镁较低的过饱和度，促进高长径比晶须的生长；并且，氢氧化镁结晶度增加，氢氧化镁晶格缺陷减少，氢氧化镁片晶上的成核点减少，从而减少了扇形碱式硫酸镁晶须的生长。