[发明专利]具有阻燃性和颜料性的氢氧化镁/TiO2复合材料

说明书

所属技术领域

本发明涉及到利用无机物改性与复合技术制备具有阻燃性质和颜料性质的复合材料的生产技术领域，具体地讲，涉及到氢氧化镁/TiO₂复合材料的制备方法。

背景技术

钛白粉(颜料二氧化钛)作为迄今为止人们所制造的最佳白色颜料，在涂料、造纸、塑料等众多工业部门已获得大量应用，从而成为国民经济建设中重要的化工原料。近些年来，因经济发展、社会进步和人们生活水平提高等因素带动的建筑业及相关涂料产业的迅猛发展，使白色颜料钛白粉的需求量与日俱增。而另一方面，世界优质钛资源日趋短缺，资源加工工艺复杂化，环境保护要求严格，这些都导致钛白粉生产成本增大，价格上扬。上述问题使涂料等钛白消费产业负担不断加重，行业发展因此受到制约。

氢氧化镁粉体是塑料、橡胶等行业用的无卤阻燃剂，具有无卤、无毒、燃烧时不发烟、无腐蚀性气体释放等环境友好的特点。

采用无机材料的改性与复合技术制备与钛白性能相似且成本低廉的复合制品是解决钛白粉生产和消费中存在问题的有效途径。通过无机表面包覆改性方式，在非金属矿物等无机材料表面包覆TiO₂层而形成具有二氧化钛颜料性质的复合白色颜料一直受到国内外的关注，并形成了主要以无机沉淀反应-热处理晶化法和干式条件粒-粒包覆改性法两种制备复合颜料的技术方法。

无机沉淀反应-热处理晶化方法的具体特征为：将作为基体的非金属矿物颗粒置于钛盐(主要是硫酸氧钛)的水解体系里，引发钛盐水解，生成水合二氧化钛(TiO₂·H₂O)覆盖在矿物颗粒表面，再经热处理使复合物表面的TiO₂·H₂O生成结晶型TiO₂包膜物。这一方法存在的问题主要有：矿物质包核基体的诱导作用导致水合二氧化钛沉淀物难以通过后续晶化生成金红石型二氧化钛；受水解过程钛盐浓度和固含量的制约，包覆TiO₂量和均匀程度受到限制，产品的颜料性能一般达不到要求；钛盐水解和铁离子等杂质的去除产生大量酸性废水，污染环境。

干式条件粒-粒包覆改性法是将TiO₂和非金属矿物置于具有干式冲击作用的机械搅拌体系中，通过机械分散、冲击剪切等作用实现细颗粒TiO₂在较粗的非金属矿物颗粒表面的包覆。采用该方法，因包核基体与TiO₂的分散程度较差，基体与钛白之间缺少产生牢固作用的激发外力和键合基团因而复合物颜料性能差且不稳定。

发明内容

本发明的目的是提供一种在氢氧化镁颗粒表面牢固包覆结晶TiO₂颗粒为特征、并因表面层TiO₂性质及TiO₂与氢氧化镁性能的综合作用而具有颜料二氧化钛性质且成本低廉的复合白色颜料；同时，由于氢氧化镁本身的阻燃性能，氢氧化镁/TiO₂复合材料具有相应的阻燃性能。

本发明通过以下措施实现了氢氧化镁/TiO₂复合材料中结晶TiO₂颗粒在氢氧化镁颗粒表面牢固而均匀的包覆：

(1)采用湿法超细研磨方法将作为包核物的氢氧化镁颗粒和作为包膜物的结晶TiO₂颗粒分别细化至两者相匹配的粒度范围，即包核物颗粒直径(球型等效直径)：TiO₂颗粒直径约为5-10∶1；

(2)通过超细研磨使氢氧化镁颗粒产生机械力表面活化效应，以此促进其与TiO₂之间的反应结合；

(3)氢氧化镁颗粒和TiO₂在反应体系中各自形成表面官能团，通过官能团间的化学键合实现两颗粒的相间反应；

本发明制备的氢氧化镁/TiO₂复合材料因颗粒表面TiO₂包覆层的高折射率、异质颗粒材料导致的强分散作用和高散射作用，以及形成涂层时包裹较多空气介质导致的较强遮盖作用而具有类似钛白粉的颜料性质。同时，由于氢氧化镁本身的性质，而使氢氧化镁/TiO₂复合材料在塑料、橡胶等聚合物中使用时具有阻燃剂的性质。

本发明制备的氢氧化镁/TiO₂复合材料由于其中只含有部分TiO₂，且固体包核物氢氧化镁价格相对低廉，因此其成本与钛白粉相比被大大降低。