Hebei Messi Biology Co., Ltd. weist darauf hin, dass Magnesiumoxid ein weit verbreiteter chemischer Rohstoff ist, wobei Magnesiumoxid mit speziellen Morphologien in bestimmten Bereichen ein großes Anwendungspotenzial aufweist. Da Magnesiumoxid mit speziellen Morphologien nicht direkt synthetisiert werden kann, umfasst das Verfahren typischerweise zunächst die Herstellung eines Vorläufers – wie etwa basisches Magnesiumcarbonat oder Magnesiumhydroxid mit der gewünschten Morphologie – gefolgt von einer Kalzinierung, um das endgültige Magnesiumoxid-Produkt zu erhalten. Aufbauend auf früheren Forschungsarbeiten untersucht diese Arbeit das Herstellungsverfahren für kugelförmiges Magnesiumoxid.
Zunächst werden unter Verwendung von Magnesiumchlorid-Hexahydrat und wasserfreiem Natriumcarbonat als Rohstoffe sowie Natriumdodecylbenzolsulfonat (SDBS) als Hilfsstoff geeignete Synthesemethoden und optimale Versuchsbedingungen für die indirekte Synthese von kugelförmigem basischem Magnesiumcarbonat erforscht. Anschließend wird das hergestellte kugelförmige basische Magnesiumcarbonat kalziniert, um kugelförmiges Magnesiumoxid zu gewinnen, wobei die ursprüngliche Morphologie erhalten bleibt. Schließlich wird das kugelförmige Magnesiumoxid in hohen Massenanteilen in PVC (ein Polymermaterial) eingearbeitet; die Wärmeleitfähigkeit der resultierenden PVC-Verbundwerkstoffe wird geprüft, um den Einfluss der hohen Beladung mit kugelförmigem Magnesiumoxid auf die thermischen Eigenschaften des Verbundwerkstoffs zu bewerten.
Die spezifischen Forschungsinhalte stellen sich wie folgt dar:
(1) Es wird ein indirektes Syntheseverfahren angewandt, bei dem Magnesiumchlorid-Hexahydrat und wasserfreies Natriumcarbonat als Rohstoffe sowie Natriumdodecylbenzolsulfonat (SDBS) als Hilfsstoff dienen. Um die optimalen Bedingungen für dieses indirekte Syntheseverfahren zu ermitteln, werden wichtige Parameter – darunter der Hilfsstoff, die Konzentration der Reaktanten, das Konzentrationsverhältnis der Reaktanten, die Reaktionstemperatur, die Pyrolysetemperatur und die Rührzeit – systematisch variiert. Die unter diesen unterschiedlichen Reaktionsbedingungen erhaltenen Produkte werden anschließend mittels XRD und SEM charakterisiert und analysiert. Die Charakterisierungsanalyse ergab, dass die optimalen Bedingungen für die indirekte Synthese von kugelförmigem basischem Magnesiumcarbonat (4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O) bei einem Konzentrationsverhältnis von MgCl2 zu Na2CO3 von 2:1 (Konzentrationen von 1,2 mol/L bzw. 0,6 mol/L), einer Reaktionstemperatur von 70 °C, einer Wärmebehandlungsdauer von 120 Minuten und einer Rührzeit von 60 Sekunden erreicht wurden. Unter diesen Bedingungen wiesen die resultierenden Partikel eine optimale Kugelform, eine kompakte Struktur und eine gleichmäßige Größe (im Bereich von 25 bis 40 μm) auf.
(2) Es wurde eine thermogravimetrische Analyse (TGA) des unter den genannten optimalen Bedingungen gewonnenen kugelförmigen basischen Magnesiumcarbonats (4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O) durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass der Masseverlust bei der Kalzinierung sowohl des kugelförmigen basischen Magnesiumcarbonats (4MgCO3·Mg(OH)2·4H2O) als auch des stäbchenförmigen normalen Magnesiumcarbonats (MgCO3·3H2O) in zwei Stufen verlief: einem anfänglichen Verlust an Kristallwasser, gefolgt von einem Plateau, und einer anschließenden Stufe der thermischen Zersetzung zu MgO. Die Kalzinierungsdauer und -temperatur wurden mittels TGA bestimmt; beim Erhitzen von Raumtemperatur auf 800 °C mit einer Rate von 10 °C/min zersetzten sich beide Materialien bei 490 °C über einen Zeitraum von 2700 Sekunden zu Magnesiumoxid (MgO), wobei sie ihre Morphologie von vor der Kalzinierung weitgehend beibehielten.
(3) Das durch Kalzinierung gewonnene Magnesiumoxid wurde mit einem hohen Massenanteil in eine PVC-Polymermatrix eingearbeitet, und der resultierende Verbundwerkstoff wurde mittels REM und Wärmeleitfähigkeitsmessungen charakterisiert. Die Ergebnisse zeigten, dass das kugelförmige Magnesiumoxid ein wirksames wärmeleitendes Netzwerk innerhalb des Verbundwerkstoffs bildete, was zu einer 8,5-fachen Steigerung der Wärmeleitfähigkeit führte; dies belegt, dass kugelförmiges Magnesiumoxid als hervorragender wärmeleitender Füllstoff dient.