CN100999622A - 氢氧化铝团聚颗粒 - Google Patents

Abstract

平均颗粒直径不小于40微米、在1,000kg/cm²加压后测定的平均颗粒直径不大于35微米、通过混合20ml甘油和10g氢氧化铝团聚颗粒获得的浆料的L值不大于69的氢氧化铝团聚颗粒用包括以下步骤的方法获得：向容器中送入过饱和铝酸钠水溶液，向该过饱和铝酸钠水溶液加入氢氧化铝籽晶，在所述容器中形成加入籽晶的溶液，在该容器中搅拌加入籽晶的溶液，同时连续向该容器中加入另外的饱和铝酸钠水溶液，使过饱和铝酸钠水溶液水解，获得氢氧化铝团聚颗粒和铝酸钠水溶液，把氢氧化铝团聚颗粒与铝酸钠水溶液分离，把铝酸钠水溶液连续排出所述容器。

Description

氢氧化铝团聚颗粒

本申请是于2002年11月7日提交的，申请号为02149840.7，名称为“氢氧化铝团聚颗粒及制法、所用容器和氢氧化铝粉末制法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于生产可以获得改善透明性的含填料树脂组合物的氢氧化铝粉末的方法，涉及作为其所用材料的氢氧化铝团聚颗粒，其生产方法及其所用容器。

背景技术

氢氧化铝粉末常常在人造大理石等的生产中用作树脂如不饱和聚酯树脂的填料。当氢氧化铝粉末用作人造大理石等的填料时，要求粉末具有优异的树脂填充性能，同时不损害所得树脂组合物的透明性。

至于生产氢氧化铝的工业方法，迄今为止已知的方法包括在籽晶的存在下使过饱和铝酸钠水溶液水解。例如，JP 63-23131B公开了一种方法，其包括把多个容器串联连接，把过饱和铝酸钠水溶液连续送入第一个容器，使过饱和铝酸钠水溶液在籽晶的存在下水解，使水解可以进行并把该溶液依次送入第二个容器和第三个容器，获得氢氧化铝。

但是，即使通过上述方法获得的氢氧化铝填充在树脂中，也不可能获得具有足够透明性的树脂组合物。

本发明的目的是提供一种氢氧化铝团聚颗粒，其可以合适地用于生产氢氧化铝粉末，该粉末在填充到树脂等中时可以获得呈现高透明性的树脂组合物，提供一种生产所述团聚颗粒的方法，一种其所用的容器，以及一种使用所述团聚颗粒生产氢氧化铝粉末的方法。

附图说明

图1是表示根据本发明的容器的一种实施方案的示意截面图。

图2是图1所示的容器的示意横截面图。

图中的参考数字表示以下意义。

1表示浓缩区，2表示澄清区，3表示容器，4表示挡板、5表示搅拌叶片，6表示旋转轴，7表示搅拌器，8表示清扫器，9表示排出口，10表示防腐材料，11表示导流叶片。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人已经进行了广泛的研究，因此完成了本发明。

因此，根据本发明，提供了氢氧化铝团聚颗粒，其平均颗粒直径不小于40微米，在1,000kg/cm²加压后测定的平均颗粒直径不大于35微米，通过把20ml甘油与10g该氢氧化铝团聚颗粒混合获得的浆料的L值不大于69。

根据本发明，还提供了一种生产氢氧化铝团聚颗粒的方法，其包括以下步骤：

(a)向一个容器中送入过饱和铝酸钠水溶液，

(b)向该过饱和铝酸钠水溶液中加入氢氧化铝籽晶，以便在所述容器中形成加入籽晶的溶液，

(c)搅拌该容器中的加入籽晶的溶液，同时向该容器中连续送入过饱和铝酸钠水溶液，来水解过饱和铝酸钠水溶液，以获得氢氧化铝团聚颗粒和铝酸钠水溶液，

(d)使该氢氧化钠团聚颗粒与铝酸钠水溶液分离，和

(e)把铝酸钠水溶液连续排出该容器。

根据本发明，还提供了一种生产氢氧化铝粉末的方法，其包括把如上所获得的氢氧化铝团聚颗粒破碎。

根据本发明，还提供了一种生产氢氧化铝团聚颗粒的上述方法所用的容器，即一种具有由围壁和底部限定的空腔的容器，其中，所述容器具有：

一个在所述壁下部的供料口，

两个或多个安装在所述壁内表面上的挡板，使得所述挡板向空腔内突出并沿着所述壁的内表面从底部上方即开始延伸到距离底部预定高度，和

一个位于空腔内并在挡板的预定高度下面的空间内的搅拌叶片。

具体实施方式

本发明的氢氧化铝团聚颗粒(下文称为“团聚颗粒”)的平均颗粒直径为40微米或更大，优选的是50微米或更大，更优选的是60微米或更大，并且在1,000kg/cm²下加压后测定的平均颗粒直径不大于35微米。每个团聚颗粒是至少2个，优选的是8个或更多的一次颗粒的集合。对于团聚颗粒，在加压后测定的平均颗粒直径小于加压前的平均颗粒直径，加压前后的平均颗粒直径差通常不小于5微米。加压后测定的平均颗粒直径更小的事实表明，团聚颗粒的粘合力弱，并且所述颗粒容易破碎形成一次颗粒。上述平均颗粒直径可以用激光散射型颗粒分布测量设备测定。

在本发明的团聚颗粒中，通过把20ml甘油和10g团聚颗粒混合获得的浆料在由Commission International de 1’Eclairage说明的实验室表征系统中的L值不大于69。即使它们破碎并填充在树脂中，L值高于69的团聚颗粒也不能得到具有高透明性的树脂组合物。团聚颗粒的L值越小越好，例如优选的是不大于65，更优选的是不大于63。

例如，可以通过包括以下步骤的方法获得具有上面所示特性的本发明的团聚颗粒：(a)向一个容器中送入过饱和铝酸钠水溶液，(b)向该过饱和铝酸钠水溶液中加入氢氧化铝籽晶(下文缩写为“籽晶”)，以便在所述容器中形成加入籽晶的溶液，(c)搅拌在该容器中的加入籽晶的溶液，同时向该容器中连续送入另外的过饱和铝酸钠水溶液，以便使过饱和铝酸钠水溶液水解，获得团聚颗粒，(d)把团聚颗粒与铝酸钠水溶液分离，和(e)把铝酸钠水溶液连续排出该容器。

在步骤(a)中，送入所述容器的过饱和铝酸钠水溶液优选的是有效Na₂O(苛性Na₂O)浓度约为120-180g/l，Al₂O₃浓度约为120-180g/l，摩尔比(Na₂O/Al₂O₃)约为1.2-1.8。术语“有效Na₂O”是指通过从铝酸钠水溶液中的总Na₂O含量中减去Na₂CO₃含量(用Na₂O表示)所得的值。过饱和铝酸钠水溶液例如可以通过一种如下的方法制备：即把铝矾土与氢氧化钠水溶液混合，把所得的混合物在120℃或更高的温度加热，以提取铝矾土中的氧化铝成分，然后使该混合物经过分离，例如用增稠剂，过滤所获得的铝酸钠水溶液，并冷却滤液；或者通过一种如下的方法制备：把氢氧化铝与氢氧化钠混合，在120℃或更高的温度下加热该混合物以溶解氢氧化铝，使该混合物经过分离，例如过滤，并冷却所得的铝酸钠溶液。过饱和铝酸钠水溶液也可以通过以下方法制备：把氢氧化铝与水解后的饱和铝酸钠水溶液或不饱和铝酸钠水溶液混合，在120℃或更高的温度下加热该混合物以溶解氢氧化铝，然后过滤，并冷却所得的铝酸钠水溶液。

在步骤(b)中加入的籽晶优选的是平均颗粒直径约为1-2微米。与通过研磨粗氢氧化铝获得的籽晶相比，通过包括没有采取研磨把酸性铝盐如硫酸铝加入到铝酸钠水溶液中来引起水解的方法制备的籽晶是更优选的。籽晶的加入可以缩短直至通过过饱和铝酸钠水溶液的水解形成氢氧化铝所经过的诱导时间，并控制最终获得的氢氧化铝粉末的颗粒直径。籽晶的量可以根据要求的氢氧化铝粉末的颗粒直径合适地确定。

在步骤(c)中的搅拌例如可以使用机械搅拌器进行。搅拌叶片的圆周速度优选的是0.1m/s或更大。该圆周速度优选的是不大于5m/s。

在步骤(d)中的分离例如可以通过利用团聚颗粒与铝酸钠水溶液之间的比重差的方法进行。通过分离，团聚颗粒通常向容器下部运动，而铝酸钠水溶液向容器上部运动。因此，团聚颗粒沉积在容器下部，获得具有高固体浓度的浆料。该浆料的固体(团聚颗粒)浓度优选的是600g/l或更大，更优选的是700g/l或更大，并且优选的是不大于1000g/l，更优选的是不大于900g/l。

在步骤(e)中，排出所述容器的铝酸钠水溶液优选的是具有约120-180g/l的有效Na₂O(苛性Na₂O)浓度，约60-80g/l的Al₂O₃浓度，摩尔比(Na₂O/Al₂O₃)约为2-3.5。

上述步骤(a)、(b)、(c)、(d)和(e)优选的是在单个容器中进行。本文所用容器的一个实例表示在图1中。容器3在其下部有供料口(图中未示出)和挡板4。如图2所示，挡板4从容器3的壁的内圆周表面突出，并在容器3的圆周方向中以预定间隔提供许多个(例如2-10个)。挡板4的每一个从容器3的底部上方即沿着容器3的垂直方向(旋转轴的方向)延伸。通过如此提供的挡板，提高搅拌效率，并且在搅拌时，沿着容器3的壁的内表面形成上升流，因此在由挡板4的高度表明的浓缩区1中的浆料可以实现基本完全的混合状态。由于以完全混合状态在浓缩区1中水解铝酸钠水溶液，可以获得仅具有弱粘合力并容易破碎的团聚颗粒。上升流可以达到的高度受挡板4的高度影响。挡板4的高度增大越多，上升流达到的点越高，并且浓缩区1尺寸增大。通常挡板4的上端和浓缩区1的上端近似在相同的水平面上。相对于容器3的总高度，挡板4的高度优选的是50％或更大，更优选的是70％或更大，最优选的是75％或更大，且优选的是不超过90％，更优选的是不超过80％。容器3有搅拌器7，搅拌器7由搅拌叶片5和驱动叶片5的旋转轴6组成。例如，搅拌叶片5是一种搅拌叶片并提供在浓缩区1中。旋转轴6通常提供在容器3的截面中心，垂直于容器的纵轴(perpendicular to the longitudinal direction)。通过搅拌叶片5的旋转，搅拌浓缩区1的浆料。在旋转轴6的下端部分，提供清扫器8。借助于清扫器8，可以防止团聚颗粒沉降到容器3底部。

当使用容器3生产的团聚颗粒时，在容器3中形成浓缩区，和在浓缩区1以上的澄清区2。用容器3本身，除了过饱和铝酸钠水溶液的水解和团聚颗粒与铝酸钠水溶液的分离以外，也可以进行团聚颗粒的浓缩。

在不高于挡板4的高度以下的容器3的壁的内表面和容器底部内表面优选的是衬有防腐材料10。所用的防腐材料例如可以是金属材料如不锈钢、镍、镍合金和钛；无机材料如陶瓷；有机材料如氟树脂。加衬里例如可以通过火焰喷涂或烘烤上述金属材料或无机材料的方法进行；或者通过焊接或粘结厚度为1毫米或更大，优选的是2毫米或更大，且优选的是不大于10，优选的是不大于3毫米的金属材料制成的板的方法进行；或者通过粘结有机材料的方法进行。用如此加衬的防腐材料10，可以防止与浓缩区1接触的容器3的壁的内表面的腐蚀，并且可以减少最终获得的氢氧化铝粉末的着色。例如，当混合10g甲基丙烯酸甲酯和18g所获得的氢氧化铝粉末时，在由CommissionInternational de 1’Eclairage表明的Lab表征系统中，所得的浆料呈现不大于3，优选的是不大于2的b值。越小的b值表明着色约低。

在与澄清区2接触的容器3的壁的内圆周表面上提供突出的多个(例如2-8个)导流叶片11。这些导流叶片11起促进通过水解形成的铝酸钠水溶液与团聚颗粒在浓缩区1中相互分离的作用，并改善铝酸钠水溶液的澄清度。导流叶片11的数量和尺寸不特别限制，只要不损害液体的澄清效果即可。由于团聚颗粒基本不存在于澄清区2中，与澄清区2接触的容器3的内表面不需要衬防腐材料10。在澄清区2中的铝酸钠水溶液从在容器3上部提供的排出口(图中未示出)排出到容器3之外。

在使用上述容器生产氢氧化铝粉末过程中，首先，把预定量的过饱和铝酸钠水溶液送入容器3，使得可以搅拌该容器的内容物。向容器3中加入籽晶，驱动搅拌器7，然后把过饱和铝酸钠水溶液连续送入容器3中，并且在搅拌所述内容物的同时，水解过饱和铝酸钠水溶液。当继续向容器3中送入过饱和铝酸钠水溶液时，液面上升并达到挡板4的上端，当再继续喂料时，达到在容器3上部提供的排出口。在容器3中，由于分离，获得团聚颗粒和铝酸钠水溶液。在浓缩区1中的固体(团聚颗粒)浓度逐渐增大。另一方面，铝酸钠水溶液从容器3上部提供的排出口排出到容器3之外。此后，连续进行包括从容器3下部送入过饱和铝酸钠水溶液和排出等量的铝酸钠水溶液的操作。通过这种操作，在浓缩区1中的固体浓度随连续送入的过饱和铝酸钠水溶液的量增大而增大。在上述系列操作中，容器3的温度保持在45℃或以上，优选的是50℃或以上，并且保持在80℃或以下，优选的是60℃或以下。在团聚颗粒的平均颗粒直径达到预定值(例如80微米)时，中止过饱和铝酸钠水溶液的送入，并把反应混合物在搅拌条件下保持预定的时间。此时，浓缩区1的固体浓度优选的是600g/l或更大，更优选的是700g/l或更大，且优选的是不大于1,000g/l，更优选的是不大于900g/l。送入过饱和铝酸钠水溶液过程的时间，虽然其根据预计的颗粒直径而变化，但是优选的是不小于500小时，且优选的是不大于1,000小时。把浓缩区1中的团聚颗粒从容器3底部提供的排出口9排出，通过离心、过滤等与液体分离，然后根据需要进行洗涤。

然后，把团聚颗粒破碎，获得氢氧化铝粉末。优选的是通过可以破坏一个一次颗粒与另一个一次颗粒之间的结合而基本不破坏构成团聚颗粒的一次颗粒本身的方法进行所述破碎，并且优选的是例如用混练机、混合机、挤出机等进行。根据需要，该氢氧化铝粉末可以经过干燥或表面处理。如此获得的氢氧化铝粉末的平均颗粒直径优选的是不小于10微米，并且优选的是不大于35微米，并且可以合适地用作树脂如不饱和聚酯树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂的填料。

实施例1

团聚颗粒的制备

把温度为58℃、Na₂O浓度为125g/l、Al₂O₃浓度为125g/l且摩尔比为1.65的过饱和铝酸钠水溶液以100重量份/小时的流量送入结构如图1所示的容器3中。容器3的内壁提供每个挡板的高度相当于容器3总高度的75％的挡板4。当过饱和铝酸钠水溶液的液面达到有两个上下搅拌叶片的叶片5的上搅拌叶片的下端时，开始搅拌器7的旋转，并加入150重量份的平均颗粒直径为1.1微米的籽晶。当旋转搅拌器7使得搅拌叶片5的圆周速度为0.5m/s时，继续向容器3的浓缩区1送入过饱和铝酸钠水溶液，使得水解可以在浓缩区中进行，并把铝酸钠水溶液从容器3上端排出。所排出的铝酸钠水溶液的Na₂O浓度为125g/l，Al₂O₃浓度为65g/l且摩尔比为3.2。当浓缩区1中的团聚颗粒的平均颗粒直径达到80微米时，中止送入过饱和铝酸钠水溶液，并把反应体系保持在该状态下。在中止喂料时浓缩区1中的固体浓度为800g/l。在保持后，把内容物从容器3的排出口9中抽出，使用离心分离器使所述内容物经过固液分离，所得的固体经过洗涤以获得团聚颗粒。

团聚颗粒的评价

用色差仪(Nippon Denshoku Kogyo K.K.制造的商品名A-300型)测定把10g上面获得的团聚颗粒和20ml甘油混合获得的浆料的L值。所得的结果表示在表1中。单独地，把5g上述团聚颗粒放在直径20毫米的圆形模具中并在1,000kg/cm²的压力下加压1分钟，所得的圆片用手和辊棒破碎，然后测定所得粉末的平均颗粒直径。所得的结果表示在表2中。表2中的术语“变化率”表示在加压后观察的平均颗粒直径相对于加压前的平均颗粒直径的减小。

氢氧化铝粉末的制备和评价

使用混合机破碎以上获得的团聚颗粒，然后干燥以获得氢氧化铝粉末。在不饱和聚酯树脂中填充该氢氧化铝粉末获得透明性优异的人造大理石。

对比实施例1

向包括8个串联连接容器的设备(每个容器装有搅拌器)的第一个容器中以100重量份/小时的流量连续送入温度为58℃、Na₂O浓度为125g/l、Al₂O₃浓度为121g/l且摩尔比为1.7的过饱和铝酸钠水溶液。在该容器中，使一部分铝酸钠水溶液水解以获得(氢氧化铝)团聚颗粒。把含有团聚颗粒的铝酸钠水溶液转移到第二个容器中使水解继续进行。使该铝酸钠水溶液依次在第三到第八个容器中水解，以获得团聚颗粒。从第八个容器中排出的铝酸钠水溶液的摩尔比为3.3。所获得的团聚颗粒在与实施例1中所述的“团聚颗粒的评价”相同的条件下评价。所获得的结果表示在表1和2中。

表1

	L值
		实施例1	63
对比实施例1	70

表2

	平均颗粒直径(μm)		变化率(％)
				加压前	如压后
	实施例1	68				30	55.9
对比实施例1			56	44	21.4

把以上获得的团聚颗粒用与实施例中所述的“氢氧化铝粉末的制备和评价”中相同的方法处理。如此获得的人造大理石没有足够的透明性。

实施例2

氢氧化铝粉末的制备

通过重复与实施例1相同的过程获得氢氧化铝粉末，但是使用衬有焊接到容器内壁上的厚2毫米的SUS 304不锈钢板作为防腐材料的容器，不锈钢板的焊接范围从容器底部到挡板的上端，并且在浓缩区1中的团聚颗粒的平均颗粒直径达到40微米时中止过饱和铝酸钠水溶液的送入。

氢氧化铝粉末的评价

用色差仪(由Nippon Denshoku Kogyo K.K.制造的，商品名Z-1001DP)测定通过混合18g上面获得的粉末和10g甲基丙烯酸甲酯获得的浆料的b值。如此获得的结果表示在表3中。

实施例3

重复与实施例2中所述的“氢氧化铝粉末的制备”相同的过程制备了氢氧化铝粉末，但是没有为所述容器加不锈钢衬里。在与实施例2中所述的“氢氧化铝粉末的评价”相同的条件下评价如此获得的氢氧化铝粉末。所得结果表示在表3中。

表3

	平均颗粒直径(微米)	b值
			实施例2	29	1.5
实施例3	27	3.3

根据本发明的氢氧化铝团聚颗粒及其生产方法，获得作为生产氢氧化铝粉末用的材料的氢氧化铝团聚颗粒，所述氢氧化铝粉末填充在树脂中时又可以提供具有高透明性的树脂组合物。根据本发明的生产氢氧化铝粉末的方法是一种使用上述氢氧化铝团聚颗粒的方法，根据该方法，可以容易地获得氢氧化铝粉末。此外，使用根据本发明的容器可以简便的方法生产氢氧化铝团聚颗粒。

Claims (2)

1.一种氢氧化铝团聚颗粒，其平均颗粒直径不小于40微米，在1,000kg/cm²下加压后测定的平均颗粒直径不大于35微米，并且通过混合20ml甘油和10g氢氧化铝团聚颗粒获得的浆料的L值不大于69。

2.根据权利要求1的氢氧化铝团聚颗粒，其中，所述浆料的L值不大于65。

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