Способ получения материала, содержащего гидроксид магния, и материал, содержащий гидроксид магния (варианты) Российский патент 2024 года по МПК C01F5/16 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу получения гидроксида магния. В частности, данное изобретение направлено на создание способа получения гидроксида магния пригодного для смешивания с полимерами. Указанный гидроксид магния представляется особенно полезным для придания полимерным соединениям огнезащитных свойств, оставаясь при этом экологически безвредным наполнителем.

Уровень техники

В документе EP 0599085 раскрывается способ получения гидроксида магния посредством мокрого размола оксида магния после легкого прокаливания с последующей его гидратацией в присутствии щелочной водной среды при температуре не менее 70°C и, предпочтительно, ниже 120°C. Для улучшения скорости гидратации, значение величины pH химической реакции поддерживают не ниже, чем 11. С одной стороны, оксид магния после легкого прокаливания характеризуется повышенной пористостью, а с другой стороны продолжительное мокрое измельчение в процессе гидратации может способствовать образованию более шероховатой поверхности частиц получаемого гидроксида магния, что ставит под угрозу состояние кристаллических структур данного соединения, влияющих на требуемый уровень огнезащитных свойств.

В документе EP 0568488 описано получение частиц гидроксида магния с удельной поверхностью БЭТ (удельной поверхностью, определяемой по методу Брунауэра - Эммета - Теллера) в интервале значений 13-30 м²/г и средним размером в интервале значений 0,3-1,0 μм. Огнезащитные свойства получаемого материала обеспечиваются прокаливанием магнийсодержащего сырья, характеризующегося удельной поверхностью в интервале значений 3-10 м²/г с последующим выполнением гидратации и размалывания с получением в результате этого частиц гидроксида магния требуемого размера. В обычном случае, при использовании гидроксида магния с удельной поверхностью БЭТ более 13 м²/г, ожидаемой проблемой становится сложность смешивания указанного гидроксида магния с полимерами, когда имеет место рост вязкости указанного соединения.

В документе CA 2032470 рассматривается получение частиц гидроксида магния со средним размером частиц менее 10 μм и низким содержанием примесей в оксиде магния, являющимся пригодным для придания материалу огнезащитных свойств для вариантов его применения, где важна огнестойкость материала. Однако, заявленный в известном документе способ получения гидроксида магния характеризуется высокими энергозатратами в дополнение к использованию в процессе выщелачивания сильных кислот, распылению каплями концентрированного раствора соответствующей соли магния с быстрым нагревом потоком горячего газа, а также выполнению последующих отмывок.

В документе US 4,098,762 рассматривается получение частиц гидроксида магния с возможностью их покрытия анионным поверхностно-активным веществом. Эти частицы характеризуются удельной поверхностью, составляющей менее 20 м²/г. Указанный гидроксид магния получают при помощи гидротермической обработки при повышенных температуре и давлении, которая проводится в водной среде в отношении основной соли - хлорида магния или нитрата магния. Помимо необходимости соблюдения в указанном способе предварительных условий для нанесения покрытия из поверхностно-активного вещества для получения данных частиц гидроксида магния, вышеупомянутый способ при этом характеризуется продолжительным временем выдержки раствора в автоклаве для получения требуемого уровня свойств материала.

В документе US 5,843,389 описывается способ получения гидроксида магния посредством осаждения его из раствора с получением при этом материала, характеризующегося малым размером частиц и малой удельной поверхностью. Указанный известный способ включает в себя последовательно выполняемые этапы, а именно: выщелачивание магнийсодержащей руды, очистку, фильтрование и гидротермическую обработку в автоклаве. Особое внимание в известном способе уделяется вопросам обращения, утилизации и вторичного использования побочных химических продуктов, образующихся в результате выщелачивания.

В документе GR 20080100407 раскрывается получение гидроксида магния из оксида магния после сильного прокаливания. В данном известном способе получения предусмотрено проведение по меньшей мере двух этапов гидратации при температуре от 50 до100°C и при длительности каждого из этапов гидратации 15-24 часов для придания получаемому материалу требуемых огнезащитных свойств, что является существенным для вариантов его применения, где важна огнестойкость материала. Помимо длительности процесса гидратации, указанный способ требует еще и присутствия солей магния.

Таким образом, из предшествующего уровня техники известны процессы и способы получения гидроксида магния, характеризующиеся значительной энергоемкостью или высокой длительностью производственного цикла, либо известны технологии получения гидроксида магния, предусматривающие необходимость введения добавок и характеризующиеся сложностью обращения с образующимися побочными химическими продуктами, что в совокупности со всеми иными перечисленными выше факторами осложняет процесс получения гидроксида магния, ставит под угрозу безопасность окружающей среды и ведет к росту производственных затрат. Следовательно, целью настоящего изобретения является преодоление вышеуказанных недостатков.

Раскрытие изобретения

В соответствии с настоящим изобретением, создан способ получения гидроксида магния. В соответствии с первым аспектом изобретения, предложен способ, включающий гидратацию при высоких температурах и давлениях материала, содержащего оксид магния, и получение в результате этой обработки материала, содержащего гидроксид магния.

В соответствии со вторым аспектом изобретения, указанный материал, содержащий оксид магния, характеризуется удельной поверхностью, составляющей более 0,1 м²/г и менее 25 м²/г.

В соответствии с третьим аспектом изобретения, предложен способ, включающий нижеследующие этапы: (i) гидратацию материала, содержащего оксид магния, при высоких температурах и давлениях с получением в результате этого материала, содержащего гидроксид магния; (ii) высушивание указанного материала, содержащего гидроксид магния, и (iii) его размалывание.

В соответствии с четвертым аспектом изобретения, гидратацию материала выполняют при температуре от 120°C до 350°C и давлении от 2 бар до 165 бар.

В соответствии с пятым аспектом изобретения, указанный материал, содержащий гидроксид магния, включает частицы с удельной поверхностью, составляющей более 1,0 м²/г и менее 20 м²/г.

В соответствии с шестым аспектом изобретения, указанный материал, содержащий гидроксид магния, характеризуется величиной размера частиц гидроксида магния d₅₀, составляющей более 0,5 μм и менее 20 μм.

В соответствии с седьмым аспектом изобретения, указанный материал, содержащий гидроксид магния, является пригодным для смешивания с полимерами и характеризуется огнезащитными свойствами.

Согласно настоящему изобретению заявлен способ получения материала, содержащего гидроксид магния, включающий гидратацию материала, содержащего оксид магния при температуре от 120°C до 350°C.

Согласно настоящему изобретению способ может дополнительно включать следующие этапы:

а) высушивание указанного материала, содержащего гидроксид магния;

б) размалывание указанного магнийсодержащего материала.

Согласно настоящему изобретению указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, может характеризоваться чистотой более 80%.

Согласно настоящему изобретению указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, могут получать прокаливанием магнийсодержащего материала при температуре более 900°C и менее 1900°C.

Согласно настоящему изобретению указанный материал, содержащий оксид магния, может характеризоваться удельной поверхностью, составляющей более 0,1 м²/г и менее 25 м²/г.

Согласно настоящему изобретению указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, может характеризоваться распределением частиц по размерам, составляющим 0-1 мм.

Согласно настоящему изобретению указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, может характеризоваться величиной размера частиц d₁₀, составляющей более 0,5 μm.

Согласно настоящему изобретению указанную гидратацию материала могут выполнять при температуре более 130°C и менее 330°C.

Согласно настоящему изобретению указанный материал, содержащий гидроксида магния, может включать частицы c удельной поверхностью, составляющей более 1,0 м²/г и менее 20 м²/г.

Согласно настоящему изобретению степень превращения указанного материала, содержащего гидроксид магния, может составлять более 80%.

Согласно настоящему изобретению высушенный материал, содержащий гидроксид магния, может включать частицы с удельной поверхностью, составляющей более 1,0 м²/г и менее 20 м²/г.

Согласно настоящему изобретению указанный материал, содержащий гидроксид магния, может характеризоваться величиной размера частиц d₅₀, составляющей более 0,5 μm и менее 10 μм.

Также согласно настоящему изобретению заявлен материал, содержащий гидроксид магния, как он определен выше, в котором указанный гидроксид магния выполнен c нанесением на него покрытия, содержащего модификаторы поверхности.

Также согласно настоящему изобретению заявлен материал, содержащий гидроксид магния, как он определен выше, в котором указанный гидроксид магния выполнен пригодным для смешивания с полимерами.

Также согласно настоящему изобретению заявлен материал, содержащий гидроксид магния, как он определен выше, в котором указанный гидроксид магния характеризуется огнезащитными свойствами.

Осуществление изобретения

Следует отметить, что все варианты выполнения настоящего изобретения и его предпочтительные признаки, раскрытые в материалах заявки, могут быть отнесены к вышеуказанным аспектам данного изобретения и могут в случае необходимости сочетаться друг с другом.

Магнийсодержащим материалом, который будет использоваться для получения материала, содержащего оксид магния, в соответствии с настоящим изобретением, является любой доступный источник магния. В предпочтительном варианте, в качестве указанного магнийсодержащего материала выступает любой известный из уровня техники соответствующий рудный минерал, например карбонат магния, периклаз (природный оксид магния), брусит (природный гидроксид магния) и им подобные минералы. В частных вариантах осуществления изобретения, в качестве исходного магнийсодержащего материала применяют смесь различных по своему химическому строению минеральных веществ. В предпочтительном варианте, в качестве указанного магнийсодержащего материала используют природную руду, например магнезит, серпентин, брусит и им подобные минералы. В частных вариантах осуществления изобретения, указанный материал, содержащий оксид магния, в соответствии с настоящим изобретением, получают агломерированием (спеканием), гранулированием либо брикетированием порошкообразных магнийсодержащих материалов с использованием для этого известных из уровня техники средств. В соответствии с частными вариантами осуществления изобретения, представляется предпочтительным выбирать богатые магнием материалы для получения из них оксида магния, характеризующегося повышенной чистотой. В частных вариантах осуществления изобретения, доля оксида магния (т.е. чистота) в указанном материале, содержащем оксид магния, составляет свыше 80% (по данным анализа методом рентгеновской флуоресцентной спектрометрии в условиях отсутствия потерь) либо свыше 85%, предпочтительно свыше 90% и наиболее предпочтительно 92%, например 94%, 97%, 95%, и подобные им значения, характеризующие чистоту данного соединения.

Указанный материал, содержащий оксид магния, который применяется в настоящем изобретении, может быть получен с использованием известных в данной области техники средств, таких как муфельная печь, многоподовая печь, вращающаяся обжиговая печь, электроплавильная печь, шахтная печь, и им подобного оборудования. В предпочтительных вариантах, указанный материал, содержащий оксид магния, который применяется в настоящем изобретении, получают посредством прокаливания данного магнийсодержащего материала при температуре выше 700°C, но ниже 2000°C. Является предпочтительным, если значение температуры является выше 900°C, но ниже 1900°C, и является наиболее предпочтительным, когда значение температуры является выше 1100°C, но ниже 1800°C. В частных вариантах осуществления изобретения, температура прокаливания была выше 1300°C либо выше 1500°C. Предпочтительно, когда указанный оксид магния, предназначенный для использования в настоящем изобретении, получают при помощи гидропиролиза с использованием в качестве источников магния таких солей как хлорид магния или нитрат магния.

В частных вариантах осуществления изобретения, оказалось предпочтительным использовать спекание материала, содержащего оксид магния. При использовании такой технологии происходит увеличение количества кристаллов оксида магния. Кроме того, при этом наблюдается уменьшение соответствующим образом удельной поверхности и реакционной способности данного соединения. В частности, удельная поверхность, измеренная по методике БЭТ, составляет более 0,1 м²/г и менее 25 м²/г, например 15 м²/г, 19 м²/г, 22 м²/г, 12 м²/г, 4 м²/г, 9 м²/г и т.д. Является предпочтительным, когда удельная поверхность составляет более 0,2 м²/г и менее 10 м²/г. В частных вариантах осуществления изобретения, удельная поверхность составляет более 0,2 м²/г и менее 7,5 м²/г, предпочтительно более 0,2 м²/г и менее 5 м²/г. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления изобретения, удельная поверхность составляет более 0,3 м²/г и менее 3,0 м²/г. Для квалифицированного специалиста в данной области техники не является очевидным использовать для гидратации оксид магния после сильного прокаливания, характеризующийся малой удельной поверхностью, в силу того, обстоятельства, что это в значительной мере увеличило бы время гидратации, снизило бы производительность данного процесса и потребовало бы введения добавок в целях усовершенствования подобной технологии. В частных вариантах осуществления изобретения, величина удельной поверхности БЭТ оксида магния, предназначенного для гидратации в соответствии с настоящим изобретением, составляет менее 2,9 м²/г, например 2,0 м²/г, 0,5 м²/г, 1,5 м²/г и т.д.

Указанный материал, содержащий оксид магния, характеризуется размерным распределением частиц в интервале 0-10 мм. Является предпочтительным, когда данный материал, содержащий оксид магния, характеризуется размерным распределением частиц в интервале 0-5 мм, предпочтительно в интервале 0-2 мм, более предпочтительно в интервале 0-1,5 мм, наиболее предпочтительно в интервале 0-1мм. В частных вариантах осуществления изобретения, данный материал, содержащий оксид магния, характеризуется размерным распределением частиц в интервале 0-0,8 мм и наиболее предпочтительно характеризуется размерным распределением частиц в интервале 0-0,5 мм. В частных вариантах осуществления изобретения указанный материал, содержащий оксид магния, характеризуется величиной размера частиц d₅₀, составляющей менее 300 μм, например 100 μм, 200 μм, 75 μм, 150 μм, 25 μм, 35 μм и т.д. В частных вариантах осуществления изобретения, указанные частицы пропускают сквозь сетчатый экран. Указанный материал, содержащий оксид магния, в соответствии с настоящим изобретением, характеризуется величиной размера частиц d₁₀, составляющей более 0,5 μм, предпочтительно более 1 μм. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, указанная величина размера частиц d₁₀ составляет более 3 μм или более 5 μм. В частных вариантах осуществления изобретения, указанный материал, содержащий оксид магния, характеризуется величиной размера частиц d₅₀, составляющей более 10 μм, предпочтительно более 15 μм. В особых случаях, указанный материал, содержащий оксид магния, характеризуется величиной размера частиц d₅₀, составляющей более 20 μм. В отличие от прочих способов, известных из уровня техники, заявленный в рамках настоящего изобретения способ также является действенным и в отношении грубых частиц без особых ограничений в части размерного распределения частиц и необходимости использования поверхностно-активных веществ. В настоящем изобретении не требуется выполнять стабилизацию суспензии. В соответствующей области техники, при работе с суспензией обычно требуется, чтобы величина вязкости оставалась в пределах конкретных и четко определенных интервалах значений. Во многих случаях, для выполнения работы с известными из уровня техники суспензиями, требуется наличие поверхностно-активных веществ. В этих случаях, для стабилизации суспензии предлагается использовать технологию мокрого размола.

Гидратация указанного оксида магния происходит предпочтительно при высоких температурах и давлениях. При этом является предпочтительным, если температура составляет более 110°C и менее 350°C, предпочтительно более 130°C и менее 330°C или даже 320°C, предпочтительно более 140°C и менее 300°C, и наиболее предпочтительно более 150°C и менее 290°C. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, указанная температура гидратации составляет более 160°C и менее 280°C или даже 270°C. В частных вариантах осуществления изобретения, указанная температура гидратации составляет более 170°C или более 180°C и менее 260°C. Давление регулируют соответствующим образом водным паром. В частных вариантах осуществления изобретения, давление составляет более 2 бар, предпочтительно более 5 бар, наиболее предпочтительно более 11 бар. В частных вариантах осуществления изобретения, давление в реакторе дополнительно поднимают внешними способами, например сжатым газом. Давление гидратации предпочтительно составляет менее 165 бар, например 90 бар, 30 бар, 60 бар и т.д. В частных вариантах осуществления изобретения, внутренне давление увеличивают посредством использования требуемых для этого растворителей.

Весовое содержание материала, содержащего оксид магния, в водном растворе составляет более 1% и менее 100%. Предпочтительно, когда содержание твердых частиц составляет более 2% и менее 70% по весу, более предпочтительно, если более 5% и менее 50% по весу, например 25%, 40%, и т.д. При этом требуемое время гидратации внутри реактора составляет менее 12 часов, предпочтительно менее 8 часов, предпочтительно менее 6 часов, предпочтительно менее 4 часов, более предпочтительно, если менее 3 часов, наиболее предпочтительно менее 2 часов, например 30 минут, 1 час, 15 минут, 5 минут и т.д. Процесс гидратации имеет место либо в реакторе периодического действия либо в реакторе непрерывного действия. В частных вариантах осуществления изобретения, процесс гидратации выполняют с использованием комбинации реакторов обоих типов. По сравнению с известными из уровня техники аналогичными способами, предлагаемый в рамках настоящего изобретения способ характеризуется множеством преимуществ. Гидратация материала, содержащего оксид магния, выполняемая при высокой температуре и высоком давлении, по сравнению с атмосферным давлением, способствует завершению данного процесса в разумный промежуток времени. Неожиданным образом было установлено, что повышенные температура и давление способствуют образованию гидроксида магния с малой величиной удельной поверхности и это делает совершенно необязательным введение добавок в процессе гидратации. При этом в данном изобретении не требуется присутствия хлорид-ионов. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, содержание хлорид-ионов составляет менее 0,02 вес. % от веса сухого материала, содержащего оксид магния, например 0,01 вес. %, 0,001 вес. %, 0,005 вес. %, и т.д. Известно, что указанные хлорид-ионы вызывают коррозию. В других известных из уровня техники способах аналогичного назначения, гидратации подвергают магнезиальный раствор, причем указанную гидратацию проводят в автоклаве, что требует продолжительного времени для создания достаточного количества частиц материала из гидроксида магния с малой величиной удельной поверхности БЭТ, позволяющей осуществить смешивание с полимерами. В рамках же настоящего изобретения данный вопрос решается за счет выполнения гидратации частиц материала, содержащего оксид магния, который уже изначально характеризуется малой величиной удельной поверхности БЭТ, с последующим превращением этих частиц в частицы гидроксида магния с малой величиной удельной поверхности БЭТ в суспензии. Неожиданным образом было установлено, что при гидратации оксида магния, в соответствии с настоящим изобретением, когда данный процесс проводится в автоклаве, имеет место образование гидроксида магния, при котором с успехом обеспечивается получение малой удельной поверхности БЭТ и малых размеров частиц указанного гидроксида. С другой стороны, даже в случае выполнения гидратации в реакторе, из окиси магния с величиной удельной поверхности БЭТ более 25 м²/г не удается получить гидроксид магния с требуемыми характеристиками, описанными в настоящем изобретении. Кроме того, было также установлено, что присутствие частиц чрезвычайно малых размеров в предназначенном для проведения гидратации материале, содержащем оксид магния, ведет к образованию материала, содержащего гидроксид магния, с более высокой, чем того требуется, величиной удельной поверхности БЭТ.

Выполнение гидратации оксида магния в соответствии с настоящим изобретением не требует наличия какого-либо гидратирующего агента. В частных вариантах осуществления изобретения, указанная гидратация может выполняться в присутствии гидратирующих агентов, например соляной кислоты, азотной кислоты, уксусной кислоты, лимонной кислоты, муравьиной кислоты, нитрата магния, хлорида магния, хлорида аммония, ацетата магния, ацетата натрия и прочих подобных соединений. При этом является предпочтительным, что в рамках настоящего изобретения при гидратации не используется гидроксид натрия. Также, является предпочтительным, что в рамках настоящего изобретения не требуется присутствия хлорида аммония.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ предусматривает этап высушивания, выполняемый при помощи любого средства, использование которого не приводит к увеличению значения величины удельной поверхности гидроксида магния более чем, на 40%, более, чем на 30%, предпочтительно более, чем на 20%, предпочтительно более, чем на 10%. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, высушивание не ведет к увеличению удельной поверхности гидроксида магния. При этом исходное базовое значение величины удельной поверхности гидроксида магния измеряют с использованием для этого осажденной суспензии после гидратации и ее высушивания в жаровом шкафу при температуре 120°C при статических условиях. Также было установлено, что высушивание, выполненное внутри валковой мельницы с широким зазором между валками, увеличивает у гидроксида магния значение его величины удельной поверхности БЭТ до 40% по сравнению с вышеуказанным исходным значением величины удельной поверхности БЭТ в суспензии. Процесс высушивания может быть выполнен при помощи любых известных из уровня техники соответствующих сушильных средств либо комбинаций указанных средств, например с использованием вакуумного фильтра, фильтра для обезвоживания под давлением, распылительной сушилки, лопастной сушилки, барабанной сушилки, сублимационной сушилки, сушилки с кипящим слоем и прочих устройств. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, этап высушивания не предусматривает одновременного выполнения дробления и размалывания. В частных вариантах осуществления настоящего изобретения, не требуется выполнять высушивание в валковой мельнице с широким зазором между валками. Допускается, если направляемый для высушивания материал, содержащий гидроксид магния, находиться в форме суспензии либо агломерата. Является предпочтительным, что процесс высушивания в соответствии с настоящим изобретением не предусматривает сушку суспензии гидроксида магния методом распыления. Последний вариант высушивания является малопроизводительным и энергозатратным. Преимущества настоящего изобретения по сравнению с известными техническими решениями заключаются в отсутствии необходимости использования диспергирующих веществ, а также в возможности получения частиц гидроксида магния, укладывающихся в четко определенный интервал распределения размеров данных частиц.

В указанном материале, содержащем гидроксид магния, получаемом в соответствии с настоящим изобретением, удерживается большая часть примесей, попадающих в него их исходного материала, содержащего оксид магния. При этом предлагаемый в рамках настоящего изобретения способ не требует выполнения фильтрования для удаления остающихся примесей. Данные примеси по большей части изолируются в указанном материале, содержащем гидроксид магния, не оказывая при этом неблагоприятного влияния на процесс гидратации. Содержание указанных примесей составляет менее 20% и более 0,5% (по данным рентгеновской флуоресцентной спектрометрии в условиях отсутствия потерь), предпочтительно менее 10% и более 1%, например 8%, 4%, 6%, 2% и т.д. Тем не менее, если требуется увеличить чистоту получаемого продукта, то настоящее изобретение может использоваться в сочетании с необязательными, традиционными технологиями обогащения конечного продукта. Является предпочтительным, что в настоящем изобретении не требуется комплексообразующих средств при выполнении гидратации для улучшения чистоты получаемого продукта. Также, в рамках настоящего изобретения, не требуется введения таких добавок, как гидроксиламин, соли аммония, этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТК) или нитрилотриуксусная кислота. При этом, при осуществлении других известных из предшествующего уровня техники способов аналогичного назначения, в ходе которых производится выщелачивание, требуется выполнять значительное количество промывок, очисток и фильтрований для удаления примесей и побочных продуктов при получении гидроксида магния пригодного для смешивания с полимерами. Представляется очевидным, что выполнение всех этих технологических операций, при которых образуются химические отходы и производится их переработка и утилизация, создает значительную нагрузку на окружающую среду. Но настоящее изобретение позволяет успешно преодолеть эти проблемы.

При этом заявляемый в настоящем изобретении способ предусматривает выполнение размалывания полученного гидроксида магния с использованием любых средств, которые не вызывают увеличения удельной поверхности материала, содержащего гидроксид магния, более, чем на 100%, 50%, 40% или 30%, предпочтительно не более, чем на 20%, предпочтительно не более, чем на 10%. Каждое базовое значение величины удельной поверхности для магнийсодержащего материала, измерялось всякий раз с использованием сухого магнийсодержащего материала перед выполнением этапа размалывания. В качестве указанного магнийсодержащего материала может использоваться оксид магния, карбонат магния, гидроксид магния и им подобные соединения. Предлагаемый в рамках настоящего изобретения способ предусматривает выполнение размалывания с помощью любых средств, использование которых не ведет к увеличению удельной поверхности оксида магния более, чем на 40%, не более, чем на 30%, предпочтительно не более, чем на 20%, предпочтительно не более, чем на 10%. Является предпочтительным, когда размалывание не приводит к увеличению удельной поверхности гидроксида магния. В частных вариантах осуществления изобретения, удельная поверхность молотого гидроксида магния характеризуется меньшим значением, чем до его размалывания. Высушивание и размалывание материала, выполняемые в валковой мельнице с широким зазором между валками, как это описано в документе WO 2008/146089, приводит к увеличению удельной поверхности БЭТ гидроксида магния на 40% по сравнению с первоначальным значением величины удельной поверхности БЭТ у суспензии. Размалывание может проводиться в мокрых или сухих условиях с использованием для этих целей такого оборудования, как шаровая мельница, бисерная мельница, струйная мельница, валковая мельница с широким зазором между валками, штифтовая мельница, мельница с плавающими валками, дисковая мельница, и им подобные устройства. В некоторых вариантах осуществления изобретения, размалывание применяется к сухому материалу, содержащему гидроксид магния. В других вариантах осуществления изобретения, размалывание применяется к мокрому материалу, содержащему гидроксид магния. В частных вариантах осуществления изобретения, размалывание применяется как к мокрому, так и к сухому материалу, содержащему гидроксид магния. В частных вариантах осуществления изобретения, не предусматривается производить размалывание материала в валковой мельнице с широким зазором между валками. Из предшествующего уровня техники известно, что продолжительное время размалывания материала, обусловленное необходимостью получения частиц более малого размера, приводит к тому, что наблюдается возрастание удельной поверхности материала. В частных вариантах осуществления изобретения, предлагаемый способ характеризуется коротким временем размалывания материала с достижением при этом более значительного трения между частицами материала, что не позволяет удельной поверхности материала возрастать. В других вариантах осуществления изобретения, размалывание материала, содержащего оксид магния, выполняют перед гидратацией. В некоторых вариантах осуществления изобретения, размалыванию подвергают как материал, содержащий оксид магния, перед гидратацией, так материал, содержащий гидроксид магния, после гидратации. При этом уменьшение размеров частиц, которое имеет место при гидратации в реакторе, наиболее вероятно обусловлено явлениями кристаллического преобразования, сдвига и пластинчатого откалывания. При этом является само собой разумеющимся, что гидроциклонные сепараторы, экраны, сита, воздушные циклонные фильтры, сортировочные устройства, классификаторы и подобные им технические средства, являются теми единицами оборудования, которое может быть использовано комбинированным образом в составе настоящего изобретения. В соответствии с настоящим изобретением, в материалах данной заявки раскрывается способ получения гидроксида магния, включающий следующие этапы: (i) гидратацию материала, содержащего оксид магния при температуре от 120°C до 350°C с получением в результате этого материала, содержащего гидроксид магния, (ii) высушивание указанного материала, содержащего гидроксид магния, (iii) размалывание указанного магнийсодержащего материала. При этом вышеуказанные этапы способа в соответствии с настоящим изобретением необязательно выполняются в данном конкретном порядке.

Сухой материал, содержащий гидроксид магния, включает в себя частицы с размером d₉₀, составляющим более 1,5 μм и менее 50 μм, предпочтительно более 2,0 μм и менее 30 μм, предпочтительно более 2,2 μм и менее 20 μм. В частных вариантах осуществления изобретения, размер частиц d₉₀ составляет менее 10 μм, менее 8,0 μм или менее 6,0 μм. В соответствии с настоящим изобретением, сухой материал, содержащий гидроксид магния, включает в себя частицы с размером d₅₀, составляющим более 0,5 μм и менее 20 μм, предпочтительно более 1,0 μм и менее 15 μм, наиболее предпочтительно более 1,1 μм и менее 10 μм или даже 8 μм. В частных вариантах осуществления изобретения, размер частиц d₅₀ составляет более 1,3 μм или менее 1,5 μм и менее 5,0 μм или менее 3,5 μм. В частных вариантах осуществления изобретения, частицы с размером d₅₀, составляющим более 10 μм, получают с размерами, например, 20 μм, 30 μм, 25 μм, 18 μм, 35 μм и т.д. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, средний размер частиц указанного сухого материала, содержащего гидроксид магния, составляет более 1,5 μм и менее 20 μм. В общем случае, малый средний размер частиц требуется для смешивания с полимерами. Однако, значительное присутствие мелких частиц с размером менее 1,0 μм усложняет процесс смешивания с полимерами, поскольку при смешивании в расплаве имеет место возрастание вязкости. Размер частиц d₁₀ материала, содержащего гидроксид магния, в соответствии с настоящим изобретением, а также по данным измерений, выполненных методом лазерной дифракции в суспензии (с использованием анализатора размера частиц серии «Мастерсайзер» от компании Малверн Инструментс (Великобритания)), составляет более 0,3 μм и менее 5,0 μм, предпочтительно более 0,5 μм и менее 3,0 μм. В частных вариантах осуществления изобретения, размер частиц d₁₀ составляет 0,7 μм, например 1,1 μм, 0,9 μм, 1,0 μм и т.д. Является предпочтительным, что по сравнению с известными из уровня техники способами аналогичного назначения настоящее изобретение дает возможность сократить количество образующихся мелких частиц. Получаемый в рамках настоящего изобретения указанный материал, содержащий гидроксид магния, характеризуется узким интервалом распределения частиц по размерам, обуславливая тем самым пригодность данного материала для смешивания с полимерами.

Данный сухой материал, содержащий частицы гидроксида магния, характеризуется удельной поверхностью (удельной поверхностью БЭТ) более 0,5 м²/г и менее 20 м²/г, предпочтительно более 1,0 м²/г и менее 18 м²/г, предпочтительно более 2,0 м²/г и менее 15 м²/г, более предпочтительно более 3,0 м²/г и менее 13 м²/г. В предпочтительных вариантах осуществления изобретения, величина удельной поверхности принимает значение менее 12,9 м²/г, например 5 м²/г, 10 м²/г, 12 м²/г, 12,5 м²/г, 4 м²/г, 7,5 м²/г, и им подобные значения. Низкое значение величины удельной поверхности БЭТ для указанного высушенного материала, содержащего гидроксид магния, обеспечивает пригодность данного материала для его смешивания с полимерами, обуславливая при этом улучшенную дисперсию и более высокую нагрузку по наполнителю.

Степень превращения материала, содержащего оксид магния, в материал, содержащий гидроксид магния, должна надлежащим образом соответствовать каждой сфере предполагаемого практического применения материала. Например, для вариантов практического применения материала, где важны его огнезащитные свойства, указанная степень превращения должна быть более 70%, предпочтительно более 80%, например 85%, 91%, 88%, 96% и т.д. При этом является наиболее предпочтительным, когда степень превращения составляет более 90%. Указанная степень превращения рассчитывается как процентное количество оксида магния MgO (измеряемое методом рентгеновской флуоресцентной спектрометрии), которое имеется в материале, содержащем оксид магния и которое превратилось в гидроксид магния.

Предлагаемый в соответствии с настоящим изобретением материал, содержащий оксид магния, может быть выполнен c нанесением на него покрытия, содержащего модификаторы поверхности, например такие, как жирные кислоты, аминосиланы, алкилсиланы или винилсиланы, силоксаны, стеараты, связующие вещества на основе титанатов или цирконатов, привитые полимеры на основе малеинового ангидрида, и тому подобные соединения. Указанные покрытия могут наноситься в мокрых или сухих условиях при помощи любого известного из уровня техники способа нанесения покрытий. В частных вариантах осуществления изобретения, наличие модификаторов поверхности позволяет еще больше уменьшить удельную поверхность гидроксида магния по сравнению с тем же самым материалам у которого покрытие из модификаторов поверхности отсутствует.

Материал, содержащий гидроксид магния, в соответствии с настоящим изобретением, отличается своей пригодностью для смешивания с полимерами. Причем является предпочтительным, если перед операцией смешивания с полимерами указанный материал, содержащий гидроксид магния, уже включает в себя значительное количество гидроксида магния (например, степень превращения составляет более 70%, предпочтительно более 85%, наиболее предпочтительно более 90%). В группу указанных полимеров входят как синтетические, так и природные полимеры, в том числе термопласты, термореактопласты и эластомеры. Такие полимеры включают в себя полиэтилены, полипропилены, α-олефины, сополимеры этилена и акриловой кислоты, сополимеры этилена и винилацетата, поливинилхлориды, полиамиды, эпоксидные смолы, полиэфирные смолы, натуральный каучук, бутил-каучук, этилен-пропиленовый каучук, акриловый каучук, нитриловый каучук, и им подобные соединения. Предлагаемый в рамках настоящего изобретения материал, содержащий гидроксид магния, подходит для смешивания с полимерами и сочетаниями указанных полимеров.

Материал, содержащий гидроксид магния, в соответствии с настоящим изобретением, придает полимерным соединениям огнезащитные свойства, позволяющие прервать распространение процесса горения. Появление указанных свойств происходит благодаря чистоте магнийсодержащего материала и высокой степени превращения оксида магния в гидроксид магния. В настоящем изобретении используется широкий спектр значений чистоты материала при одновременной возможности достижения высокой степени превращения оксида магния в гидроксид магния. Указанный гидроксид магния выступает здесь в качестве безгалогенового замедлителя горения минерального происхождения.

При этом следует также отметить, что квалифицированному специалисту в данной области техники представляется очевидным, что путем использования элементов данного изобретения в различных сочетаниях станет возможным получение материала с такими свойствами, которые явным образом не раскрыты в тексте описания изобретения, но которые находятся в пределах объема притязаний настоящего изобретения.

В нижеследующих примерах, которые ни в коем случае не следует рассматривать в качестве ограничивающих объем притязаний настоящего изобретения, представлены в качестве иллюстрации некоторые порошковые материалы на основе гидроксида магния в соответствии с настоящим изобретением. При этом условия гидратации, раскрытые в материалах данной заявки, также носят сугубо иллюстративный характер и были указаны в целях сравнения.

Примеры

Пример 1

Материал, содержащий оксид магния, характеризующийся чистотой 91%, который был размолот в сухом состоянии до получения частиц данного материала с размером d₅₀, составляющим 300 μм, и с величиной удельной поверхности БЭТ, составляющей 2,2 м²/г, был подвергнут гидратации в дистиллированной воде внутри реактора при температуре 190°C в течение 2 часов, причем содержание твердых частиц при этом составляло 10 вес. %. Далее, проводилось вакуумное фильтрование суспензии и высушивание ее твердой фазы в жаровом шкафу с последующим получением в результате этого материала, содержащего гидроксид магния (при степени превращения 90%), который характеризуется величиной удельной поверхности БЭТ, равной 11,9 м²/г, и размером частиц d₅₀, составляющим 22,9 μм.

Пример 2

Материал, содержащий оксид магния, характеризующийся чистотой 93%, который был размолот до получения частиц данного материала с размером d₅₀, составляющим 28 μм, и с величиной удельной поверхности БЭТ, составляющей 0,7 м²/г, был подвергнут гидратации в дистиллированной воде внутри реактора при температуре 190°C в течение 2 часов, причем содержание твердых частиц при этом составляло 10 вес. %. Далее, проводилось вакуумное фильтрование суспензии и высушивание ее твердой фазы в жаровом шкафу с последующим получением в результате этого материала, содержащего гидроксид магния (при степени превращения 89%), который характеризуется величиной удельной поверхности БЭТ, равной 9,0 м²/г, и размером частиц d₅₀, составляющим 14,3 μм.

Пример 3

Материал, содержащий оксид магния, характеризующийся чистотой 96%, который был размолот в сухом состоянии до получения частиц данного материала с размером d₅₀, составляющим 55 μм, и с величиной удельной поверхности БЭТ, составляющей 0,8 м²/г, был подвергнут гидратации в дистиллированной воде внутри реактора при температуре 190°C в течение 2 часов, причем содержание твердых частиц при этом составляло 10 вес. %. Далее, проводилось вакуумное фильтрование суспензии и высушивание ее твердой фазы в жаровом шкафу с последующим получением в результате этого материала, содержащего гидроксид магния (при степени превращения 91%), который характеризуется величиной удельной поверхности БЭТ, равной 11,6 м²/г и размером частиц d₅₀, составляющим 3,7 μм.

Пример 4

Материал, содержащий оксид магния, характеризующийся чистотой 96%, который был размолот в сухом состоянии до получения частиц данного материала с размерным распределением указанных частиц в интервале значений 0-1 мм и с величиной удельной поверхности БЭТ, составляющей 11,7 м²/г, был подвергнут гидратации в дистиллированной воде внутри реактора при температуре 190°C в течение 2 часов, причем содержание твердых частиц при этом составляло 10 вес. %. Далее, проводилось высушивание осадка в жаровом шкафу с последующим получением в результате этого материала, содержащего гидроксид магния (при степени превращения 95%), который характеризуется величиной удельной поверхности БЭТ, равной 12,9 м²/г и d₅₀ равной 114 μм, причем в результате сухого размалывания твердой фазы с использованием мельницы с вибрационной помольной чашей удалось получить материал, содержащий гидроксид магния, с величиной удельной поверхности БЭТ, равной 13,5 м²/г и размером частиц d₅₀, составляющим 12,1 μм.

Сравнительный пример 1

Материал, содержащий оксид магния, характеризующийся чистотой 96%, который был размолот в сухом состоянии до получения частиц данного материала с размером d₅₀, составляющим 75 μм, и с величиной удельной поверхности БЭТ, составляющей 7,5 м²/г, был подвергнут гидратации в дистиллированной воде внутри реактора при температуре 80°C в течение 24 часов, причем содержание твердых частиц при этом составляло 10 вес. %. Далее, проводилось вакуумное фильтрование суспензии и высушивание ее твердой фазы в жаровом шкафу с последующим получением в результате этого материала, содержащего гидроксид магния (при степени превращения 88%), который характеризуется величиной удельной поверхности БЭТ, равной 20,8 м²/г, и размером частиц d₅₀, составляющим 11,5 μм.

Сравнительный пример 2

Материал, содержащий оксид магния, характеризующийся чистотой 96%, который был размолот в сухом состоянии до получения частиц данного материала с размером d₅₀, составляющим 4,5 μм, и с величиной удельной поверхности БЭТ, составляющей 31,7 м²/г, был подвергнут гидратации в дистиллированной воде внутри реактора при температуре 190°C в течение 2 часов, причем содержание твердых частиц при этом составляло 10 вес. %. Далее, проводилась лиофилизация суспензии с последующим получением в результате этого материала, содержащего гидроксид магния (при степени превращения 93%), который характеризуется величиной удельной поверхности БЭТ, равной 20,1 м²/г и размером частиц d₅₀, составляющим 5,5 μм.

Объем притязаний в соответствии c вышеописанным изобретением определяется прилагаемой формулой изобретения.

Изобретение относится к способу получения гидроксида магния. Способ получения материала, содержащего гидроксид магния, включает гидратацию материала, содержащего оксид магния, его высушивание и размалывание. При этом материал, содержащий оксид магния, имеет удельную поверхность 0,1-25 м²/г. В материале, содержащем гидроксид магния, содержание примесей составляет 0,5-20%. Высушенный материал, содержащий гидроксид магния, включает частицы с размером d₅₀, составляющим 0,5-35 μм с удельной поверхностью 1,0-20 м²/г. Обеспечивается получение материала, содержащего гидроксид магния, пригодного для смешивания с полимерами. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 6 пр.

1. Способ получения материала, содержащего гидроксид магния, включающий гидратацию материала, содержащего оксид магния, при этом указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, характеризуется удельной поверхностью, составляющей более 0,1 м²/г и менее 25 м²/г, причем в материале, содержащем гидроксид магния, содержание примесей составляет менее 20% и более 0,5%, при этом осуществляют высушивание указанного материала, содержащего гидроксид магния, и осуществляют размалывание указанного магнийсодержащего материала, причем высушенный материал, содержащий гидроксид магния, включает в себя частицы с размером d₅₀, составляющим более 0,5 μм и менее 35 μм, при этом высушенный материал, содержащий гидроксид магния, включает частицы c удельной поверхностью, составляющей более 1,0 м²/г и менее 20 м²/г.

2. Способ по п. 1, в котором указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, характеризуется чистотой более 80%.

3. Способ по п. 1, в котором указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, получают прокаливанием магнийсодержащего материала при температуре более 900°C и менее 1900°C.

4. Способ по п. 1, в котором указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, характеризуется распределением частиц по размерам, составляющим 0-1 мм.

5. Способ по п. 1, в котором указанный применяемый для гидратации материал, содержащий оксид магния, характеризуется величиной размера частиц d₁₀, составляющей более 0,5 μm.

6. Способ по п. 1, в котором указанную гидратацию материала выполняют при температуре более 130°C и менее 330°C.

7. Способ по п. 1, в котором степень превращения указанного материала, содержащего гидроксид магния, составляет более 80%.

8. Способ по п. 1, в котором указанный материал, содержащий гидроксид магния, характеризуется величиной размера частиц d₅₀, составляющей более 0,5 μm и менее 10 μм.

9. Материал, содержащий гидроксид магния, как он определен по любому из пп. 1-8, в котором указанный гидроксид магния выполнен c нанесением на него покрытия, содержащего модификаторы поверхности.

10. Материал, содержащий гидроксид магния, как он определен по любому из пп. 1-9, в котором указанный гидроксид магния выполнен пригодным для смешивания с полимерами.

11. Материал, содержащий гидроксид магния, как он определен по любому из пп. 1-10, в котором указанный гидроксид магния характеризуется огнезащитными свойствами.