Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
MAGNESIUM HYDROXIDE FIRE RETARDANT NANOPARTICLES AND PRODUCTION METHOD THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/065241
Kind Code:
A1
Abstract:
Magnesium hydroxide fire retardant particles, including those which are surface-treated, having a hexagonal plate-like structure with a specific surface area not exceeding 20 m2/g, an average diameter of secondary particles not exceeding 2 microns, the diameter of 10% of secondary particles not exceeding 0.8 microns, the diameter of 90% of secondary particles not exceeding 5 microns, a longitudinal dimensions of primary particles of between 150 and 900 nanometers and a thickness of between 15 and 150 nanometers. A first stage of producing said particles involves reacting an aqueous solution of magnesium chloride with an alkaline agent at a temperature not exceeding 100°С and at atmospheric pressure, with a molar ratio of OH-:Mg++ ions equal to (1.9-2.1):1. A second stage involves the hydrothermal recrystallization of Mg(OH)2 particles at a temperature of 120-220°C and a pressure of 0.18-2.3 MPa for a period of between 2 and 24 hours. The reacting mass is periodically subjected to hydro-impacts from superheated vapor having a temperature of 160-240°С and a pressure of 0.6-3.3 MPa. The invention allows for producing magnesium hydroxide particles having adjustable dimensions, for applying same to polymer matrices without compromising the mechanical properties of the polymers.

Inventors:
GORDON ELENA PETROVNA (RU)
KOROTCHENKO ALLA VITALIEVNA (RU)
LEVCHENKO NADEZHDA ILLARIONOVNA (RU)
UGNOVENOK TATIANA SERGEEVNA (RU)
Application Number:
PCT/RU2014/000746
Publication Date:
May 07, 2015
Filing Date:
October 06, 2014
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
KAUSTIK AOOT (RU)
International Classes:
C01F5/22; B82B3/00; B82Y99/00; C08K3/22; C09K21/02
Domestic Patent References:
WO2007117841A22007-10-18
Foreign References:
RU2422364C22011-06-27
US7514489B22009-04-07
EP1063199A12000-12-27
JPH11349851A1999-12-21
EP0365347A11990-04-25
US4246254A1981-01-20
US5872169A1999-02-16
EP0780425A11997-06-25
CZ99493A31994-12-15
RU2422364C22011-06-27
Other References:
C?????? C.?.; P?????? A.M.; ??B?? B.?.: "C??????e ???ap??? ??a?????? ?a?e????ix ?3????? c ????????? ? ?????????? I-IBX ???ep?a???", ???AP?A? 6ESOR ACH, October 2011 (2011-10-01), pages 66 - 72
SMELKOV S.I; RYABIKOV A.I.; ILYIN V.I.: "Snizheniye pozharnoy opasnosti kabelnykh izdeliy s izolyatsiyey i obolochkami iz PVKh materialov", POZHARNAYA BEZOPASNOST, 2011, pages 66 - 72
HUAQIANG CAO; HE ZHENG; JIEFU YIN ET AL.: "Mg(OH) complex nanostructures with superhydrophobicity and flame retardant effects", JOURNAL PHYS. CHEM. C, vol. 114, 2010, pages 17362 - 17368
JIANMIN CHEN; LI LIN; YUNHUA SONG; LEI SHAO: "Influence of KOH on the hydrothermal modification of Mg(OH", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, vol. 311, 2009, pages 2405 - 2408, XP026057740, DOI: doi:10.1016/j.jcrysgro.2009.01.143
See also references of EP 2998273A4
Attorney, Agent or Firm:
GRIGORIEVA, Tatiana Viktorovna (RU)
ГРИГОРЬЕВА, Татьяна Викторовна (RU)
Download PDF:
Claims:
Формула изобретения

1. Наночастицы антипирена гидроксида магния, имеющие гексагональную пластинчатую структуру, удельную площадь поверхности, определенную методом БЭТ, не более 20 м /г, средний диаметр вторичных частиц, определенный методом лазерной дифракции, не более 2 мкм, возможно, поверхностно обработанные, отличающиеся тем, что диаметр 10 % вторичных частиц не превышает 0,8 мкм, диаметр 90% вторичных частиц не превышает 5 мкм, причем первичные частицы указанного гидроксида магния имеют форму гексагональных пластин с продольным размером от 150 до 900 нм и толщиной от 15 до 150 нм.

2. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п.1 , отличающиеся тем, что имеют средний размер вторичных частиц, определенный методом лазерной дифракции, от 0,7 до 1,7 мкм.

3. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п. 1 , отличающиеся тем, что имеют удельную площадь поверхности, определенную методом БЭТ, от 2 до 15 м /г.

4. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п.1 , отличающиеся тем, что имеют продольный размер первичных частиц от

200 до 600 нм и толщину от 40 до 100 нм.

5. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п.1, отличающиеся тем, что имеют маслоемкость не более, чем 50 г льняного масла на 100 г гидроксида магния.

6. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п.1 , отличающиеся тем, что имеют объем пор не более 10,5x10" 3 см 3 /г.

7. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п.1 , отличающиеся тем, что имеют содержание железа в пересчете на триоксид железа не более 0,01 %.

8. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п.1 , отличающиеся тем, что частицы поверхностно обработаны одним или несколькими силановыми связующими агентами и/или одним или несколькими поверхностно-обрабатывающими агентами в количестве 0,1-5,0 % в расчете на гидроксид магния.

9. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п.1 , 8, отличающиеся тем, что силановый связующий агент выбран из группы органофункциональных триалкоксисиланов, включающей алкилтриэтоксисиланы, алкилтриметоксисиланы, алкенилтриэтоксисиланы, алкенилтриметоксисиланы и др.

10. Наночастицы антипирена гидроксида магния по п.1, 8, отличающиеся тем, что поверхностно-обрабатывающий агент выбран из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода, включающей стеариновую кислоту, олеиновую кислоту, лауриловую кислоту, пальмитиновую кислоту, бегеновую кислоту, миристиновую кислоту, жирные кислоты талового масла и т.д. и/или их соли щелочных металлов и/или их смеси.

1 1. Способ производства наночастиц антипирена гидроксида магния, возможно поверхностно обработанных, взаимодействием водного раствора хлорида магния с щелочным компонентом, состоящий из двух стадий, отличающийся тем, что на первой стадии осуществляют взаимодействие водного раствора хлорида магния с щелочным компонентом при температуре не выше 100 °С и атмосферном давлении при мольном отношении ионов ОН- : Mg++ в пределах 1 ,9^-2,1 : 1 , а на второй стадии осуществляют гидротермальную перекристаллизацию частиц гидроксида магния при температуре 120- 220 °С, давлении от

0,18 до 2,3 МПа и продолжительности от 2 до 24 ч, причем при проведении гидротермальной перекристаллизации для предотвращения дальнейшего роста первичных частиц и укрупнения вторичных частиц посредством агрегирования реакционную массу подвергают периодическим гидроударам перегретым паром с температурой 160-240 °C и давлением от 0,6 до 3,3 МПа.

12. Способ по п.П, отличающийся тем, что в качестве хлорида магния используют хлорид магния природного или синтетического происхождения.

13. Способ по п.1 1-12, отличающийся тем, что водный раствор хлорида магния предварительно очищают от нежелательных примесей железа, и/или брома, и/или бора, и/или сульфатов, и/или марганца и др.

14. Способ по п.П, отличающийся тем, что в качестве щелочного компонента используют водный раствор гидроксида натрия или гидроксида калия, или гидроксида аммония или суспензию гидроксида кальция.

15. Способ по п.П, отличающийся тем, что получение наночастиц гидроксида магния проводят в периодическом или непрерывном режиме.

16. Способ по п. 11 , отличающийся тем, что гидротермальную перекристаллизацию проводят в среде реакционного маточного раствора или в деионизованной воде.

17. Способ по п. 1 1 , отличающийся тем, что гидроудары перегретым паром осуществляют через отверстия любого сечения.

18. Способ по п. 1 1, отличающийся тем, что полученные частицы гидроксида магния подвергают поверхностной обработке одним или несколькими силановыми связующими агентами и/или одним или несколькими поверхностно-обрабатывающими агентами в количестве 0,1-5,0 % в расчете на гидроксид магния.

19. Способ по п. 11, 18, отличающийся тем, что силановый связующий агент выбран из группы органофункциональных триалкоксисиланов, включающей алкилтриэтоксисиланы, алкилтриметоксисиланы, алкенилтриэтоксисиланы, алкенилтриметоксисиланы, и др. и/или их смеси.

20. Способ по п. 11 , 18, отличающийся тем, что поверхностно- обрабатывающий агент выбран из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода, включающей стеариновую кислоту, олеиновую кислоту, лауриловую кислоту, пальмитиновую кислоту, бегеновую кислоту, миристиновую кислоту, жирные кислоты талового масла и т.д. и/или их соли щелочных металлов и/или их смеси.

Description:
Наночастицы антипирена гидроксида магния

и способ их производства

Настоящее изобретение относится к химической технологии, а именно, к наночастицам антипирена гидроксида магния и способу их производства.

Гидроксид магния, также как и гидроксид алюминия, вызывает большой интерес для применения его в качестве антипирена. Разложение гидроксида магния на оксид магния и воду начинается при 300-320 °С, что на 100 °С выше, чем разложение гидроксида алюминия. Вследствие того, что гидроксид алюминия является амфотерным веществом, он не взаимодействует с хлороводородом, выделяющимся при сгорании ПВХ. Гидроксид магния является слабым основанием и взаимодействует с хлороводородом, выделяющимся при термораспаде ПВХ. Экспериментально доказано, что дымовыделение ПВХ композиций, содержащих гидроксид магния, заметно ниже, чем композиций с гидроксидом алюминия. Это объясняется тем, что продукт взаимодействия гидроксида магния с хлороводородом - хлорид магния - катализирует процессы сшивки полиеновых цепей, образовавшихся после отщепления хлороводорода, что подавляет образование летучих ароматических углеводородов типа бензола и толуола, способствующих дымообразованию. Таким образом, если брать в совокупности влияние гидроксида алюминия и гидроксида магния на те характеристики, по которым оценивают качество кабельных композиций пониженной горючести, а именно величину кислородного индекса, количество выделяющегося хлороводорода и оптическую плотность дыма, то можно с уверенностью заключить, что гидроксид магния имеет значительное преимущество перед гидроксидом алюминия. [Смелков СИ., Рябиков А.И. Ильин В. И. Снижение пожарной опасности кабельных изделий с изоляцией и оболочками из ПВХ материалов //Пожарная безопасность. 2011 , N°2, с.66-72.] Это является основанием для применения гидроксида магния в качестве дымоподавляющего нетоксичного замедлителя горения в пластмассах, каучуках и других материалах.

Однако, введение гидроксида магния в полимерную матрицу в количестве, достаточном для замедления горения, которое составляет порядка 60 % масс, и более, приводит к снижению механических свойств полимеров и технологичности процесса их получения [Huaqiang Сао, Не Zheng, Jiefu Yin и др. Mg(OH)2 complex nanostructures with superhydrophobicity and flame retardant effects// Journal Phys. Chem. С 2010, 1 14, с. 17362- 17368]. Для применения гидроксида магния в качестве наполнителя - антипирена в полимерных матрицах без снижения механических свойств полимеров и технологичности процесса необходимо, чтобы его удельная площадь поверхности, определенная методом БЭТ, не превышала 20 м 2 /г, предпочтительнее 15 м 2

/г, средний диаметр вторичных частиц, определенный методом лазерной дифракции, составлял не более 5 мкм, предпочтительнее 2 мкм. Снижение размеров первичных частиц позволяет добиться более равномерного распределения частиц наполнителя в полимерной матрице. Кроме того, гидроксид магния благодаря пластинчатой форме частиц и высокому характеристическому отношению их геометрических характеристик, потенциально является усиливающим наполнителем для полимеров. Следует отметить, что для применения гидроксида магния в качестве наполнителя - антипирена в полимерах массовая доля примесей, таких как хлориды, кальций, железо и прочие должна быть строго ограничена.

Поверхностная обработка частиц гидроксида магния позволяет добиться лучшей совместимости неорганических частиц с полимерной матрицей, а также улучшает равномерность физических свойств композитов, повышает стойкость готовых изделий к влаге и температурному воздействию.

Известно, что кристаллы гидроксида магния, в особенности тонкие гексагональные пластинчатые кристаллы, обычно имеют тенденцию к агрегированию с образованием агломератов (вторичных частиц) небольшого размера, что является причиной их низкой совместимости с органической матрицей и понижению механических свойств. Размеры и форма кристаллов, а также размеры и форма агломератов гидроксида магния, может быть изменена путем изменения условий кристаллизации. Дисперсность и удельная площадь поверхности гидроксида магния может быть значительно улучшена путем перекристаллизации с использованием процесса гидротермальной модификации [Jianmin Chen, Li Lin, Yunhua Song, Lei Shao. Influence of KOH on the hydrotermal modification of Mg(OH)2//Journal of Crystal Growth, 2009, 31 1, 2405-2408].

Авторами [патент ЕР 0365347, опубл. 25.04.1990 г] описан способ производства гидроксида магния, включающий нагревание основного хлорида или нитрата магния формулы Mg(0H) 2 . x A x mH 2 0, в которой А представляет собой О или N0 3 , х имеет значение от 0 до,0,2 и т представляет собой число от 0 до 6, и имеющего интервалы 8,2 А, 4,1 А, 2,7 А, 2,0 А, 1 ,56 А и 1,54 А, измеренные методом рентгеновской дифракции, в реакционном маточном растворе указанного основного хлорида или нитрата магния при атмосферном давлении или ниже при температуре от 50 до 120 °С. Данным методом получают высокочистый и высокодисперсный гидроксид магния, имеющий средний диаметр вторичных частиц не более 1 ,5 мкм и диаметр 90 % вторичных частиц не более 4,0 мкм. Отмечено, что снижение диаметра вторичной частицы достигается за счет уменьшения размеров первичных частиц гидроксида магния и снижения количества первичных частиц, образующих вторичную частицу (агломерат первичных частиц). Однако, описанный гидроксид магния имеет удельную площадь поверхности 20-50 м /г, что исключает возможность его применения в качестве наполнителя - антипирена в полимерных матрицах.

В патенте [патент US 4246254, опубл. 20.01.1981] представлен способ производства гидроксида магния, имеющего гексагональную, подобную игле, кристаллическую структуру, в котором соединение магния, имеющее гексагональную, подобную игле, кристаллическую структуру, выражающееся формулой Mg(0H)2- nx A x n~ mH 2 0, в которой А представляет собой одновалентный или двухвалентный анион, выбранный из группы, состоящей из СГ, Вг " , Ν0 3 ' и S04 " , х имеет значение от 0,2 до 0,5 и т представляет собой число от 0 до 2, высушивают при условиях, не разрушающих его гексагональную подобную игле кристаллическую структуру таким образом, чтобы часть кристаллизационной воды была удалена из соединения магния; и далее проводят взаимодействие высушенного соединения магния со щелочью, выбранной из группы, включающей гидроксиды щелочных металлов, аммиак, гидроксид кальция и гидроксид аммония в инертной жидкой среде, выбранной из группы, содержащей воду, ацетон и низшие спирты. Полученный данным способом гидроксид магния волокнистой структуры имеет отношение длины кристаллов к диаметру, определенное электронным микроскопом при увеличении в 1000 раз, равное не менее 10. Гидроксид магния волокнистой структуры может найти применение как в уже известных областях его использования, так и в новых, не освоенных ранее. Однако авторами не приводится ни средний размер вторичных частиц гидроксида магния, ни удельная площадь поверхности, что исключает возможность оценки его применимости в качестве наполнителя - антипирена в полимерных матрицах.

Описан способ [патент US 5872169, опубл. 16.02.1999 г] производства гидроксида магния с огнестойким качеством, включающий взаимодействие раствора хлорида магнии с аммиаком, добавленном в избытке от стехиометрического количества, с образованием осадка гидроксида магния и гидротермальную рекристаллизацию гидроксида магния. Полученный гидроксид огнестойкого качества имеет удельную площадь поверхности, определенную методом БЭТ, меньше 10 м /г, средний диаметр частиц 0,5-10,0 мкм и меньше, определенный методом лазерного рассеяния и большое число кристаллов, имеющих яйцевидную форму в поперечном сечении. К сожалению, авторами не приводятся такие важные характеристики вторичных частиц, как диаметр 10 % частиц и диаметр 90 % частиц, а также размеры первичных частиц.

В ряде изобретений (патент ЕР 0780425, опубл. 25.06.1997 г, заявка W020071 17841, опубл. 18.10.2007, патент CZ 9300994, опубл. 15.12.1999] описаны частицы гидроксида магния со средним диаметром вторичных частиц и удельной площадью поверхности БЭТ, позволяющими использовать указанные частицы в качестве наполнителя - антипирена в полимерных материалах. Однако, в данных изобретениях также не указаны характеристики вторичных частиц - диаметр 10 % вторичных частиц и диаметр 90 % вторичных частиц, а также характеристики первичных частиц (гексагональных пластин) гидроксида магния, а именно их размеры (длина и толщина), которые находятся в непосредственной зависимости от условий синтеза и гидротермальной обработки и, впоследствии, при использовании частиц гидроксида магния в качестве наполнителя - антипирена, оказывают влияние на свойства полимера и технологичность процесса его получения, а также не указана возможность регулирования роста первичных частиц.

Наиболее близким, принятым за прототип, является способ получения микро- и/или нанометрического гидроксида магния [патент RU2422364, опубл. 27.06.201 1], в котором осуществляют взаимодействие в водной среде хлорида магния с гидроксидом и хлоридом натрия, или гидроксидом и хлоридом калия, или гидроксидом и хлоридом кальция, или гидроксидом и хлоридом аммония в один этап при температуре 10- 200°С и атмосферном или аутогенном давлении, или в два этапа: на первом этапе при температуре 10-100 °С и атмосферном давлении, а на втором этапе - при температуре 101-200 °С при аутогенном давлении с возможным модифицированием и последующим выделением гидроксида магния. Предлагаемый способ позволяет получать гидроксид магния, состоящий из микро- и/или нанометрических частиц, имеющих удельную площадь поверхности, определенную методом БЭТ, от 3 до 100 м /г, средний диаметр вторичных частиц, определенный методом лазерной дифракции, от 0,1 до 50 мкм и первичные частицы пластинчатой формы с продольным размером 50-600 нм и толщиной 5-60 нм, определенными по изображению сканирующего электронного микроскопа (SEM). Однако, авторами не приводятся характеристики вторичных частиц - диаметр 10 % вторичных частиц и диаметр 90 % вторичных частиц. Кроме того, внесение в реакционную массу дополнительного избыточного количества хлоридов усложняет отмывку частиц гидроксида магния от хлоридов, к содержанию которых в конечном продукте предъявляется достаточно строгие требования; требует дополнительного расхода обессоленной воды при отмывке, и возможно, проведение дополнительной репульпации и фильтрования, что в конечном итоге приводит к усложнению аппаратурного оформления процесса и повышению себестоимости конечного продукта.

Целью настоящего изобретения является получение наночастиц антипирена гидроксида магния, возможно, поверхностно обработанных, гексагональной пластинчатой структуры с удельной площадью поверхности, определенной методом БЭТ, не более 20 м /г, предпочтительно от 2-х до 15 м /г, средним диметром вторичных частиц, определенным методом лазерной дифракции, не более 2 мкм, предпочтительно от 0,7 до 1,7 мкм с характеристиками частиц, позволяющими наиболее эффективно использовать их в качестве наполнителя - антипирена, а именно, диаметром 10 % вторичных частиц не более 0,8 мкм, диаметром 90 % вторичных частиц не более 5 мкм, с продольным размером первичной частицы от 150 до 900 нм, предпочтительно от 200 до 600 и толщиной от 15 до 150 нм, предпочтительно от 40 до 100 нм. Поставленная цель достигается тем, что получение наночастиц антипирена гидроксида магния проводят в две стадии, на первой стадии осуществляют взаимодействие водного раствора хлорида магния с щелочным компонентом при температуре не выше 100 °С и атмосферном давлении при мольном отношении ионов ОН- : Mg ~ * ~ в пределах 1 ,9^2,1 : 1, а на второй стадии осуществляют гидротермальную перекристаллизацию частиц гидроксида магния при температуре 120-220 °С, давлении от 0,18 до 2,3 МПа и продолжительности от 2 до 24 ч, причем при проведении гидротермальной перекристаллизации для предотвращения дальнейшего роста первичных частиц и укрупнения вторичных частиц посредством агрегирования реакционную массу подвергают периодическим гидроударам перегретым паром с температурой 160-240 °С и давлением от 0,6 до 3,3 МПа.

Получение наночастиц антипирена гидроксида магния с заданными характеристиками достигается путем специфической гидротермальной обработки, в ходе которой для предотвращения роста первичной частицы, происходящего при гидротермальной перекристаллизаци, проводят дозированные гидроудары перегретым паром с давлением 0,6-3,3 МПа и температурой 160-240°С при непрерывном перемешивании. Гидроудары изолируют кристаллизующуюся частицу от маточного раствора, тем самым останавливают процесс роста частицы, то есть увеличение её размеров. В момент подачи перегретого пара в присопловой зоне в жидкой среде генерируются ударные волны, воздействие которых приводит к разрушению образовавшихся агломератов первичных частиц. Кроме того, при контакте перегретого пара с жидкой средой струя подаваемого пара распадается на множество паровых пузырьков, которые при схлопывании генерируют кавитационные ударные микроволны, препятствующие агломерации первичных частиц.

При помощи изменения частоты гидроударов и их распределения в объеме реакционной массы и скорости перемешивания возможно регулирование соотношения между первичными частицами разных размеров. Так, при интенсивном перемешивании, частых гидроударах и равномерном распределении их в объеме реакционной массы образуются более мелкие, однородные по размеру гексагональные пластины и вторичные частицы гидроксида магния. Однако, при точечных периодических гидроударах и спокойном перемешивании, образуются более крупные по размеру гексагональные пластины и вторичные частицы гидроксида магния.

Гидротермальная перекристаллизация приводит к образованию частиц гидроксида магния с хорошо определяемой шестиугольной морфологии.

Процесс гидротермальной перекристаллизации проводят при температуре 120- 220 °С, предпочтительно при температуре 140-200 °С, в периодическом или непрерывном режиме в среде реакционного маточного раствора или в среде деионизированной воды.

В качестве реакционного маточного раствора используют маточный раствор, образующийся при взаимодействии раствора хлорида магния и щелочного компонента.

Продолжительность гидротермальной перекристаллизации составляет от 2 до 24 ч, наиболее предпочтительно 4-16 ч.

В качестве хлорида магния используют хлорид магния природного происхождения (морская или океаническая вода, озерная рапа, подземные рассолы и т.п.) или синтетического происхождения (полученные растворением магнезита, доломита или брусита в соляной кислоте).

Предпочтительным является использование раствора хлорида магния, предварительно очищенного от нежелательных примесей, таких, как примеси железа и/или брома, и/или бора, и/или сульфатов, и/или марганца и т.д.

В качестве щелочного компонента используют водный раствор гидроксида натрия или гидроксида калия, или гидроксида аммония или суспензию гидроксида кальция.

Возможно проведение гидротермальной перекристаллизации в широком диапазоне концентраций реагентов в реакционном маточном растворе, предпочтительным является содержание гидроксида магния 2- 10%. При этом мольное отношение ионов ОН- : Mg ++ находится в пределах 1 ,9^-2, 1 : 1.

Гидроудары проводят при температуре реакционной массы 120 - 220°С при проведении гидротермальной перекристаллизации и осуществляют их подачей перегретого пара (острого пара) через отверстия любого, например, круглого, сечения. Предпочтительным является использование острого пара с температурой 160-240 °С и давлением 0,6- 3,3 МПа.

Получаемые наночастицы антипирена гидроксида магния имеют гексагональную пластинчатую структуру с удельной поверхностью, определенной методом БЭТ, не более 20 м 2 /г, средним диаметром вторичных частиц, определенным методом лазерной дифракции, не более 2 мкм, диаметром 10 % вторичных частиц не более 0,8 мкм, диаметром 90 % вторичных частиц не более 5 мкм, продольным размером первичных частиц от 150 до 900 нм и толщиной от 15 нм до 150 нм. Указанные частицы имеют маслоемкость не более 50 г льняного масла на 100 г гидроксида магния, объем пор, не более 10,5х10 "3 см 3 /г и массовую долю железа в пересчете на триоксид железа не более 0,01 %.

Наночастицы гидроксида магния, полученные указанным способом, могут быть модифицированы одним или несколькими связующими силановыми агентами и/или поверхностно- обрабатывающими агентами.

В качестве силановых связующих агентов используют соединения, выбранные из группы органофункциональных триалкоксисиланов, включающей алкилтриэтоксисиланы, алкилтриметоксисиланы, алкенилтриэтоксисиланы, алкенилтриметоксисиланы, аминосиланы и др. и/или их смеси. Примерами подобных соединений являются метилтриэтоксисилан, октилтриэтоксисилан, винилтриметоксисилан, винилтриэтоксисилан, винил-трис-(2-метоксиэтокси)силан , 3- метакрилоксипропилтриметоксиси лан, 2-(3,4-эпоксициклогекси)- этилтриметоксисилан, глицидоксипропилтриметоксисила н, 3- меркаптопропил-триметоксисилан, 3-аминопропилтриэтоксисилан и т.д.

В качестве поверхностно-обрабатывающих агентов используют соединения, выбранные из группы предельных и непредельных жирных кислот, содержащих от 8 до 20 атомов углерода или их соли щелочных металлов и/или их смеси. Примерами подобных соединений являются стеариновая кислота, олеиновая кислота, лауриловая кислота, пальмитиновая кислота, бегеновая кислота, миристиновая кислота, жирные кислоты талового масла и др.

Поверхностную обработку проводят известными способами, например, суспензионным способом, или сухим способом, или в процессе сушки, например, в роторно-вихревой мельнице.

Предпочтительным является использование агентов для проведения обработки поверхности в количестве 0,1-5,0 % в расчете на гидроксид магния.

Наночастицы антипирена гидроксида магния, полученные по предлагаемому способу, имеют регулируемые размеры первичных и вторичных частиц и удельную площадь поверхности, что позволяет их применять в органических полимерных матрицах в качестве дымоподавляющего нетоксичного замедлителя горения без снижения механических свойств и технологичности переработки.

Наночастицы антипирена гидроксида магния, полученные по предлагаемому способу, благодаря своим уникальным свойствам могут быть использованы в полимерных матрицах, включающих полиэтилен, полипропилен, сополимер этилена-пропилена, сополимер этиленакрилата, полистирол, полимер на основе сополимера этиленвинилацетата, полиамид, полиимид, поликарбонат, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, АБС-пластик и т.д.

Предлагаемый способ производства наночастиц антипирена гидроксида магния иллюстрируется следующими примерами, демонстрирующими сущность представляемого изобретения, которые являются иллюстрацией и не ограничивают область заявленного изобретения.

Для анализа частиц гидроксида магния были использованы следующие методы анализа:

- Гранулометрический состав определяли методом лазерной дифракции на приборе Malvern MasterSizer - 2000 Е с модулем Scirocco 2000 производства компании Malvern Instruments Limited, (Великобритания);

- Удельную площадь поверхности по методу БЭТ и объем пор определяли на высокоскоростном анализаторе площади поверхности и размера пор «Nova 2200 е» производства компании «Quantachrome Instuments» (США);

- Форму и размер частиц определяли с помощью сканирующего электронного микроскопа;

- Маслоемкость определяли по ГОСТ 21119.8-75, пункт 3;

- Массовую долю железа определяли сульфосалициловым методом. Пример сравнения.

В реактор-автоклав, снабженный рубашкой и турбинной мешалкой, при перемешивании загружают 760,40 кг раствора гидроксида натрия с массовой долей 10 % и 282,09 кг раствора бишофита с массовой долей хлорида магния 32 % и массовой долей железа 0,0008 %. Мольное отношение ионов ОН- : Mg ++ составляет 2,006 : 1. Содержимое реактора нагревают до температуры 180-190°С и выдерживают при перемешивании 12 ч. После охлаждения суспензию с массовой долей гидроксида магния 5,3 % охлаждают, фильтруют и промывают от хлоридов на пресс - фильтре. Отжатый осадок гидроксида магния сушат в вакуум-сушильном шкафу при температуре 60-65°С и давлении 100-650 мм.рт.ст., затем измельчают на мельнице молоткового типа. Характеристики полученного гидроксида магния представлены в таблице, форма и размер первичных частиц - на рисунках фиг. 1 ,2.

Пример 1

В реактор, снабженный рубашкой, лопастной мешалкой и термопарой, загружают при перемешивании в течение 30 мин одновременно 1,036 м раствора гидроксида калия со массовой долей 18,3% и 0,421 м 3 раствора бишофита с массовой долей хлорида магния 33,5% и массовой долей железа 0,0006 %. Мольное отношение ионов ОН- : Mg ++ составляет 2,006 : 1. Реакционную массу при перемешивании нагревают до 45-55 °С и выдерживают 1 ч. Затем реакционную массу перегружают в автоклав, снабженный двухъярусной лопастной мешалкой, рубашкой и двумя барботерами с отверстиями круглого сечения, для подачи перегретого пара, опущенными на 2/3 высоты ниже уровня реакционной массы и расположенными противоположно. Реакционную массу при перемешивании нагревают и выдерживают при температуре 180-185 °С при периодической импульсной подаче острого пара с расходом 1,5-2,5 м 3 /ч, температурой 190 °С и давлением 1 ,3 МПа в течение 2 ч. Полученную суспензию фильтруют и промывают на пресс-фильтре обессоленной водой, сушат в роторно-вихревой мельнице. Характеристики полученного гидроксида магния представлены в таблице, форма и размер первичных частиц - и на рисунках фиг. 3,4.

Пример 2

В реактор, снабженный рубашкой, лопастной мешалкой и термопарой, загружают при перемешивании в течение 30 мин одновременно 0,881 м раствора гидроксида натрия с массовой долей 15,4 % и 0,421 м 3 очищенного раствора бишофита с массовой долей хлорида магния 33,5 % и массовой долей железа 0,00035 %. Мольное отношение ионов ОН- : Mg составляет 2,014 : 1. Реакционную массу при перемешивании нагревают до 45 - 55 °С и выдерживают 1 ч. Затем реакционную массу перегружают в автоклав, снабженный двухъярусной лопастной мешалкой, рубашкой и двумя барботерами с отверстиями круглого сечения, для подачи перегретого пара, опущенными на 2/3 высоты ниже уровня реакционной массы и расположенными противоположно. Реакционную массу при перемешивании нагревают и выдерживают при температуре 180-185 °С при периодической импульсной подаче острого пара с расходом 1 ,5-2,5 м /ч, температурой 220 °С и давлением 2,3 МПа в течение 6 ч.

Выделение гидроксида магния проводят аналогично примеру 1. Характеристики полученного гидроксида магния представлены в таблице, форма и размер первичных частиц - и на рисунках фиг. 5,6.

Пример 3

В реактор снабженный рубашкой, лопастной мешалкой и термопарой, при перемешивании одновременно дозируют 103,5 кг/ч раствора гидроксида натрия с массовой долей 17 % и 64,97 кг/ч очищенного раствора бишофита с массовой долей хлорида магния 32 % и массовой долей железа 0,0003 %. Мольное отношение ионов ОН- : Mg ++ составляет 2,014 : 1. Температуру реакционной массы в реакторе поддерживают 40- 50 °С, время пребывания составляет 1 ч. Из реактора синтеза реакционную массу направляют в автоклав, снабженный двухъярусной лопастной мешалкой, рубашкой и барботером с отверстиями круглого сечения для подачи перегретого пара, опущенным на 2/3 высоты ниже уровня реакционной массы. Температуру реакционной массы в автоклаве поддерживают 175-185 °С, время пребывания составляет 12 ч. Подачу острого пара с расходом 25-40 кг/ч, температурой 190 °С и давлением 1 ,3 МПа осуществляют импульсно. Из автоклава суспензию частиц гидроксида магния под давлением выгружают в сборник под слой суспензии. Полученную суспензию фильтруют и промывают на пресс- фильтре обессоленной водой, сушат в роторно-вихревой мельнице. Характеристики полученного гидроксида магния представлены в таблице, форма и размер первичных частиц - на рисунках фиг. 7, 8.

Таблица - Характеристика гидроксида магния

Пример поверхностной обработки 1.

В реактор с мешалкой и рубашкой загружают при перемешивании 423,92 кг обессоленной воды, 125,15 кг осадка гидроксида магния с фильтра, полученного по примеру 2, с массовой долей гидроксида магния 43,97 % и массовой долей хлорида натрия 0,10 % и 1 ,10 кг стеариновой кислоты с массовой долей 99,5 %. Суспензию нагревают до температуры 80-90 °С, выдерживают 1-2 ч, затем фильтруют на пресс-фильтре и сушат в роторно-вихревой мельнице. Получают поверхностно обработанные частицы гидроксида магния, массовая доля стеариновой кислоты составляет 2 %.

Пример поверхностной обработки 2.

В смеситель типа Хеншеля загружают 200 г гидроксида магния с массовой долей воды 1 ,5 % , полученного по примеру 2, подают 2 г винилтриметоксисилана Silquest А- 171, перемешивают 40-60 минут. Получают поверхностно обработанные частицы гидроксида магния, массовая доля винилтриметоксисилана составляет 1 %.

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ производства позволяет получать наночастицы антипирена гидроксида магния с регулируемыми размерами первичных и вторичных частиц и удельную площадь поверхности.

Пример применения наночастиц антипирена гидроксида магния.

100 вес. ч. ударопрочного полипропилена, 0,2 мас.ч антиоксиданта Irganox 1010 и 185мас.ч. наночастиц антипирена гидроксида магния, полученных по примеру 3, перемешивают до однородного состояния и экструдируют в двухшнековом экструдере при температуре 230 °С с получением гранул.