沉淀转化法制备纳米氧化镁及表面改性工艺研究
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摘要
本论文简要介绍了纳米氧化镁的性质、用途及国内外研究现状。重点讨论了沉淀转化法制备纳米氧化镁工艺过程的防团聚机理和表面改性的理论基础。提供了一套制备无团聚纳米氧化镁的工艺技术。论文首先对沉淀转化法制备纳米氧化镁的工艺作了进一步研究，然后进行了纳米氧化镁表面改性技术的研究。在制备工艺研究中，重点研究了液相反应过程和干燥过程。在表面改性技术研究中，采用不同改性剂对纳米氧化镁进行了无机和有机改性；通过单因素试验和正交试验，分别筛选出了优化的改性工艺条件；制备了一系列亲水型和亲油型的纳米氧化镁粉体。
结果表明：
(1)以聚乙烯醇(PVA)为分散剂，氯化镁和碳酸钠为原料，对沉淀转化法制备纳米氧化镁进一步优化的工艺路线是可行的。优化后的工艺条件为：分散剂PVA的加入量为10～13mL；水洗加醇洗洗涤，洗涤液PVA浓度为3‰～5‰；加料方式为优化加料方式；微波干燥；煅烧温度550℃；煅烧时间150min。在此工艺条件下所得氧化镁粒子的平均粒径为7.5nm。
(2)以氯化铝为改性剂对纳米氧化镁进行无机改性后，其在水和乙醇介质中的分散性和稳定性较未改性为好，屏蔽紫外线的能力大大提高。
(3)纳米氧化镁经硬酯酸钠改性后可得表面亲油化的粒子。适宜的工艺条件为：改性剂用量18％；改性温度50℃；改性pH值10.6；改性时间35min。在此条件下改性产品亲油化度值为0.492。
(4)用钛酸酯偶联剂对纳米氧化镁分别进行了干法改性和湿法改性，改性后纳米氧化镁都呈亲油性。干法改性较佳的工艺条件为：改性剂用量3％～5％；改性时间2h；球磨转速240～300r／min。湿法改性工艺条件为：反应时间30min；改性剂用量10mL，反应温度50℃。钛酸酯偶联剂与氧化镁之间发生了化学键合。
The properties, applications and research situation at home and abroad of nanometer magnesia have been presented in this thesis. The theoretical analysis of preventing agglomeration mechanism in the process of preparing nanometer magnesia particle using precipitation-transforming-method (PTM) and the theoretical foundation for surface modification of nanometer MgO are mainly discussed. A set of craft for preparation of free-agglomeration nanometer MgO particle has been provided. In this thesis, the technology of preparing nanometer magnesia in PTM was further studied, and then surface modification of nanometer magnesia particle was discussed. Hydraulic reaction and drying process were focused on in the preparation process. Both inorganic and organic surface modifications for nanometer MgO were carried out using different modifiers, and the optimal process conditions have been selected by mono-factor and multi-factor orthogonal experiments respectively. A series of hydrophilic and hydrophobic nanometer magnesia particles have been fabricated.
The experimental results are shown as follows:
(1) It is possible that a further optimization for preparation of nanometer MgO in PTM with magnesium chloride and sodium carbonate as materials and PVA as the disperser. The optimal process conditions are: the amount of PVA added into the reactants is 10~13mL, the precipitant is washed by PVA distilled water(3%~5%wt PVA) and ethanol, the mixing order is optimal style, the drying time is 10min in microwave oven, the calcination is at 550C for 160min. Under these conditions, the
average diameter of nanometer magnesia particles is about 7.5nm.
(2) After inorganic modification with aluminum chloride, the dispersity and stability of nanometer magnesia particles in both the distilled water and ethanol become better, and the ability of UV shielding is greatly improved.
(3) Nanometer magnesia is turned to hydrophobic after surface modification with sodium stearate. The feasible conditions are: the dosage of modifier reagent is 18%, the modification temperature is 50C, the time is 35min, pH is 10.6, and the hydrophobic value is 0.492.
(4) Nanometer magnesia modified with titanatic coupling agent by wet method and dry method is hydrophilic. The optimum conditions of the dry-way modification are : the content of modifier is 3%-5%, the modifying time is 2h, the rotating speed of ball milling is 240~300rpm. The optimal conditions of the wet-way modification are: the reaction time is 30min, the modifier addition is 10mL, the temperature is 50C. The chemical bond occurred between the modifier and nanometer magnesia particles.
Jiang Hongmei
(College of chemical engineering) (Directed by Prof. Guo Renmin)
结果表明：
(1)以聚乙烯醇(PVA)为分散剂，氯化镁和碳酸钠为原料，对沉淀转化法制备纳米氧化镁进一步优化的工艺路线是可行的。优化后的工艺条件为：分散剂PVA的加入量为10～13mL；水洗加醇洗洗涤，洗涤液PVA浓度为3‰～5‰；加料方式为优化加料方式；微波干燥；煅烧温度550℃；煅烧时间150min。在此工艺条件下所得氧化镁粒子的平均粒径为7.5nm。
(2)以氯化铝为改性剂对纳米氧化镁进行无机改性后，其在水和乙醇介质中的分散性和稳定性较未改性为好，屏蔽紫外线的能力大大提高。
(3)纳米氧化镁经硬酯酸钠改性后可得表面亲油化的粒子。适宜的工艺条件为：改性剂用量18％；改性温度50℃；改性pH值10.6；改性时间35min。在此条件下改性产品亲油化度值为0.492。
(4)用钛酸酯偶联剂对纳米氧化镁分别进行了干法改性和湿法改性，改性后纳米氧化镁都呈亲油性。干法改性较佳的工艺条件为：改性剂用量3％～5％；改性时间2h；球磨转速240～300r／min。湿法改性工艺条件为：反应时间30min；改性剂用量10mL，反应温度50℃。钛酸酯偶联剂与氧化镁之间发生了化学键合。
The properties, applications and research situation at home and abroad of nanometer magnesia have been presented in this thesis. The theoretical analysis of preventing agglomeration mechanism in the process of preparing nanometer magnesia particle using precipitation-transforming-method (PTM) and the theoretical foundation for surface modification of nanometer MgO are mainly discussed. A set of craft for preparation of free-agglomeration nanometer MgO particle has been provided. In this thesis, the technology of preparing nanometer magnesia in PTM was further studied, and then surface modification of nanometer magnesia particle was discussed. Hydraulic reaction and drying process were focused on in the preparation process. Both inorganic and organic surface modifications for nanometer MgO were carried out using different modifiers, and the optimal process conditions have been selected by mono-factor and multi-factor orthogonal experiments respectively. A series of hydrophilic and hydrophobic nanometer magnesia particles have been fabricated.
The experimental results are shown as follows:
(1) It is possible that a further optimization for preparation of nanometer MgO in PTM with magnesium chloride and sodium carbonate as materials and PVA as the disperser. The optimal process conditions are: the amount of PVA added into the reactants is 10~13mL, the precipitant is washed by PVA distilled water(3%~5%wt PVA) and ethanol, the mixing order is optimal style, the drying time is 10min in microwave oven, the calcination is at 550C for 160min. Under these conditions, the
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(2) After inorganic modification with aluminum chloride, the dispersity and stability of nanometer magnesia particles in both the distilled water and ethanol become better, and the ability of UV shielding is greatly improved.
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(4) Nanometer magnesia modified with titanatic coupling agent by wet method and dry method is hydrophilic. The optimum conditions of the dry-way modification are : the content of modifier is 3%-5%, the modifying time is 2h, the rotating speed of ball milling is 240~300rpm. The optimal conditions of the wet-way modification are: the reaction time is 30min, the modifier addition is 10mL, the temperature is 50C. The chemical bond occurred between the modifier and nanometer magnesia particles.
Jiang Hongmei
(College of chemical engineering) (Directed by Prof. Guo Renmin)
引文
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