一种包覆球形氧化镁粉末的制备方法与流程

1.本发明属于导热填料的制备领域，涉及一种包覆球形氧化镁粉末的制备方法。


背景技术：

2.近年来，结晶二氧化硅和氧化铝常被用作导热填料，但二氧化硅的导热率低，无法应对现阶段的高集成化、高电力化和高速化引起的发热量增加的问题。与二氧化硅相比，氧化铝虽然散热性有所改善，但其硬度高，易造成混炼机、成型机等设备的磨损。由于氧化镁的导热率高，硬度低且性价比优异，有望作为导热填料满足发展需要。但是，与二氧化硅和氧化铝相比，氧化镁粉末的吸湿性强，易与水反应形成氢氧化镁，因此需要进一步提高其耐湿性。
3.专利cn109095482a通过氧气-天然气火焰熔融法使氧化镁粉末熔化形成球形液滴，冷却定型后形成球形氧化镁颗粒。该方法制备的氧化镁粉末的球形度及流动性较好，但耐湿性差。专利cn100500770c使用氧化镁与硅化合物或铝盐等湿法混合制备镁橄榄石(mg2sio4)、尖晶石(al2mgo4)等复合氧化物，并通过在丙烷-氧气火焰中冷却收集氧化镁粉末。该方法制备的复合氧化物的耐湿性虽然得以改善，但其球形度差，颗粒存在空隙，表现出比表面积高。专利jp2023059538a以球形碳酸镁为镁源，通过与硅化合物、铝化合物、硼化合物、磷化合物、卤素化合物、钛化合物和铁化合物等混合煅烧获得高球形度和高耐湿性的球形氧化镁颗粒，然而以碳酸镁为镁源直接混合煅烧会释放出大量的二氧化碳，但该方法对原料球形度要求高且产品得率小于50％。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种球形度高、耐湿性优异的包覆球形氧化镁粉末的制备方法。
5.实现本发明目的的技术方案如下：
6.一种包覆球形氧化镁粉末的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)一次改性：将平均粒径为0.1-10μm的氧化镁与偶联剂混合均匀，得到一次改性的氧化镁粉体，所述的偶联剂选自铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硼酸酯和硅烷偶联剂中的一种或两种以上；
8.(2)二次改性：将一次改性的氧化镁粉体与水溶性表面处理剂混合均匀，得到二次改性的氧化镁粉体，所述的水溶性表面处理剂选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季铵盐和聚乙二醇中的一种或两种以上；
9.(3)浆料制备：将二次改性的氧化镁粉体加入水中，搅拌得到均匀分散的浆料；
10.(4)喷雾造粒：将浆料进行喷雾干燥，获得d50为10～150μm的球形氧化镁团聚体；
11.(5)球形化：将球形氧化镁团聚体投入氧气和燃气燃烧形成的火焰区内进行球化，得到球形氧化镁粉末。
12.优选地，步骤(1)中，氧化镁的纯度为95％以上。
13.优选地，步骤(1)中，混合时间为3-20min，偶联剂的添加量为氧化镁质量的0.1％～10％，更优选为5％～10％。
14.优选地，步骤(2)中，混合时间为3-20min，水溶性表面处理剂的添加量为氧化镁质量的0.1％～10％，更优选为5％～10％。
15.优选地，步骤(1)或(2)中，采用的混合设备为本领域常规使用的装置，例如二维混合机、三维混合机、v型混合机、双锥型混合机、无重力混合机、锥形混合机、犁刀式混合机等。
16.优选地，步骤(3)中，浆料的固含量为1％～50％，更优选为10％～30％。
17.优选地，步骤(5)中，燃气选自天然气、丙烷、氢气和乙炔中的一种或两种以上。
18.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
19.氧化镁在水中易吸水生成氢氧化镁，在制浆及喷雾造粒过程中易严重水解，而氢氧化镁在球形化过程中，需吸收大量的热量使原料分解为氧化镁和水分。本发明先对氧化镁原料与偶联剂混合先进行一次改性，偶联剂包覆在氧化镁表面，一方面通过包覆在氧化镁的表面改善其耐湿性，降低其在浆料中的吸水率，另一方面在高温球形化过程中转化为对应的铝、钛、硼或硅氧化物，进一步提高球形氧化镁的球形度和耐湿性。此外，由于偶联剂多具有憎水性，无法使氧化镁粉体均匀分散于水中形成均匀分散的浆料，本发明将一次改性的氧化镁与水溶性表面处理机混合进行二次改性，提高了氧化镁粉体的分散性和可溶性。综上，本发明采用不同的改性剂依次对氧化镁粉末进行包覆，在制浆过程中可有效抑制其水解反应的发生，降低球化过程中的热损耗，获得了高球形度(球形度为0.96～1.00)和高耐湿性的球形氧化镁产品。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例对本发明作进一步详述。
21.下述实施例和对比例中，各性能的测试方法如下：
22.1.球形度测定
23.利用图像采集系统与分析软件，将计算机图像与颗粒粒度及粒形分析理论相结合，通过显微颗粒图像仪(winner99e，济南微纳颗粒仪器股份有限公司)对氧化镁粉末的球形度进行测量。
24.2.粒度分布测定
25.利用激光衍射散射法，使用粒度分布仪(mastersizer 3000、malvern panalytical ltd)测定氧化镁粉末的体积基准累积50％粒径(d50)。
26.3.耐湿性试验
27.利用恒温恒湿箱试验中的重量增加率评价氧化镁粉末的耐湿性。将10.00g所得氧化镁粉末，在温度设定为85℃，湿度设定为85rh％的恒温恒湿箱(lhs-50cl，一恒科学仪器有限公司)中放置168h后，测定其重量增加率。
28.实施例1
29.将纯度为98％、平均粒径为1μm的氧化镁粉末与铝酸酯偶联剂进行混合获得样品a，铝酸酯偶联剂的添加量为氧化镁质量的5％；将样品a与聚丙烯酸酐进行混合获得样品b，聚丙烯酸酐的添加量为氧化镁质量的5％；将样品b分散于纯水中，搅拌分散均匀并使浆料
的固含量为10％；采用喷雾干燥设备将浆料制备出平均粒径为10μm的球形氧化镁团聚体，并将其供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
30.实施例2
31.将纯度为98％、平均粒径为1μm的氧化镁粉末与铝酸酯偶联剂进行混合获得样品a，铝酸酯偶联剂的添加量为氧化镁质量的10％；将样品a与聚丙烯酸酐进行混合获得样品b，聚丙烯酸酐的添加量为氧化镁质量的5％；将样品b分散于纯水中，搅拌分散均匀并使浆料的固含量为10％；采用喷雾干燥设备将浆料制备出平均粒径为10μm的球形氧化镁团聚体，并将其供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
32.实施例3
33.将纯度为98％、平均粒径为1μm的氧化镁粉末与钛酸四丁酯进行混合获得样品a，钛酸四丁酯的添加量为氧化镁质量的5％；将样品a与聚丙烯酸酐进行混合获得样品b，聚丙烯酸酐的添加量为氧化镁质量的5％；将样品b分散于纯水中，搅拌分散均匀并使浆料的固含量为30％；采用喷雾干燥设备将浆料制备出平均粒径为60μm的球形氧化镁团聚体，并将其供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
34.实施例4
35.将纯度为98％、平均粒径为3μm的氧化镁粉末与乙烯基三烷氧基硅烷进行混合获得样品a，乙烯基三烷氧基硅烷的添加量为氧化镁质量的10％；将样品a与聚丙烯酸酐进行混合获得样品b，聚丙烯酸酐的添加量为氧化镁质量的5％；将样品b分散于纯水中，搅拌分散均匀并使浆料的固含量为10％；采用喷雾干燥设备将浆料制备出平均粒径为30μm的球形氧化镁团聚体，并将其供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
36.实施例5
37.将纯度为98％、平均粒径为3μm的氧化镁粉末与铝酸酯偶联剂进行混合获得样品a，铝酸酯偶联剂的添加量为氧化镁质量的10％；将样品a与聚乙烯醇进行混合获得样品b，聚乙烯醇的添加量为氧化镁质量的10％；将样品b分散于纯水中，搅拌分散均匀并使浆料的固含量为30％；采用喷雾干燥设备将浆料制备出平均粒径为50μm的球形氧化镁团聚体，并将其供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
38.实施例6
39.将纯度为98％、平均粒径为10μm的氧化镁粉末与铝酸酯偶联剂进行混合获得样品a，硼酸酯偶联剂的添加量为氧化镁质量的10％；将样品a与聚乙烯醇进行混合获得样品b，聚乙烯醇的添加量为氧化镁质量的10％；将样品b分散于纯水中，搅拌分散均匀并使浆料的固含量为30％；采用喷雾干燥设备将浆料制备出平均粒径为50μm的球形氧化镁团聚体，并将其供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
40.对比例1
41.将纯度为98％、平均粒径为3μm的氧化镁粉末直接供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
42.对比例2
43.将纯度为98％、平均粒径为3μm的氧化镁粉末分散于纯水中，搅拌分散均匀并使浆料的固含量为30％；采用喷雾干燥设备将浆料制备出平均粒径为60μm的球形氧化镁团聚体，并将其供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
44.对比例3
45.将纯度为98％、平均粒径为3μm的氧化镁粉末与铝酸酯偶联剂进行混合获得样品a，铝酸酯偶联剂的添加量为氧化镁质量的5％；将样品a溶于纯水中，产品分散性较差。
46.对比例4
47.将纯度为98％、平均粒径为3μm的氧化镁粉末与聚乙烯醇进行混合获得样品a，聚乙烯醇的添加量为氧化镁质量的5％；将样品a分散于纯水中，搅拌分散均匀并使浆料的固含量为10％；采用喷雾干燥设备将浆料制备出平均粒径为10μm的球形氧化镁团聚体，并将其供应到由天然气与氧气燃烧形成的高温火焰中进行熔融、球形化处理，制得球形氧化镁粉末。
48.各实施例和对比例的实验条件和制得的产品性能见表1。
49.表1
50.51.从表1可以看出，对比例1直接将原料氧化镁经火焰熔融成球制得的球形氧化镁粉末的球形度较差，仅有0.71，并表现出极差的耐湿性能。对比例2将原料氧化镁制成浆料后再火焰熔融成球，制得的球形氧化镁粉末的球形度提高至0.86，但耐蚀性能仍较差。对比例3仅采用铝酸酯偶联剂进行一次改性，由于表面疏水，在水中的分散性较差，无法进行下一步火焰熔融。对比例4对原料氧化镁用水溶性表面处理剂进行改性，虽然提高了原料在水中的分散性，但制得的球形氧化镁粉末的球形度仅有0.92，无法达到0.96以上，且耐性性能未见提高。综上，本发明采用不同的改性剂依次对氧化镁粉末进行包覆，在制浆过程中可有效抑制其水解反应的发生，降低球化过程中的热损耗，获得了高球形度(球形度为0.96～1.00)和高耐湿性的球形氧化镁产品。

技术特征：
1.一种包覆球形氧化镁粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）一次改性：将平均粒径为0.1-10 μm的氧化镁与偶联剂混合均匀，得到一次改性的氧化镁粉体，所述的偶联剂选自铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硼酸酯和硅烷偶联剂中的一种或两种以上；（2）二次改性：将一次改性的氧化镁粉体与水溶性表面处理剂混合均匀，得到二次改性的氧化镁粉体，所述的水溶性表面处理剂选自聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚马来酸酐、聚季铵盐和聚乙二醇中的一种或两种以上；（3）浆料制备：将二次改性的氧化镁粉体加入水中，搅拌得到均匀分散的浆料；（4）喷雾造粒：将浆料进行喷雾干燥，获得d50为10~150μm的球形氧化镁团聚体；（5）球形化：将球形氧化镁团聚体投入氧气和燃气燃烧形成的火焰区内进行球化，得到球形氧化镁粉末。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，氧化镁的纯度为95%以上。3. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，混合时间为3-20 min，偶联剂的添加量为氧化镁质量的0.1%~10%。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，混合时间为3-20 min，水溶性表面处理剂的添加量为氧化镁质量的0.1%~10%。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，偶联剂的添加量为氧化镁质量的5%~10%；步骤（2）中，水溶性表面处理剂的添加量为氧化镁质量的5%~10%。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）或（2）中，采用的混合设备为二维混合机、三维混合机、v型混合机、双锥型混合机、无重力混合机、锥形混合机或犁刀式混合机。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，浆料的固含量为1%~50%。8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，浆料的固含量为10%~30%。9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，燃气选自天然气、丙烷、氢气和乙炔中的一种或两种以上。

技术总结
本发明公开了一种包覆球形氧化镁粉末的制备方法。所述方法先将氧化镁与偶联剂混合均匀，得到一次改性的氧化镁粉体，再与水溶性表面处理剂混合，得到二次改性的氧化镁粉体，然后加入水中制成浆料，并通过喷雾干燥，制成D50为10~150μm的球形氧化镁团聚体，最后采用火焰熔融法进行球形化，得到球形氧化镁粉末。本发明采用不同的改性剂依次对氧化镁粉末进行包覆，在制浆过程中可有效抑制其水解反应的发生，降低球化过程中的热损耗，获得了高球形度和高耐湿性的球形氧化镁产品。和高耐湿性的球形氧化镁产品。


技术研发人员：冯宝琦 张建平 曹家凯 李晓冬
受保护的技术使用者：江苏联瑞新材料股份有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/8/31