CN112875735A - 一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法 - Google Patents

一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法。本发明在较高温度下加入晶种,随后经过一定时间的降温种分分解后,对浆液老化处理,随后将浆液升温至较高温度,维持一定停留时间后,将所得的氢氧化铝浆液过滤,洗涤滤饼至pH为7.0‑9.0左右,将滤饼干燥、分散,得到高结晶强度的超细氢氧化铝产品。

Description

一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法
技术领域
本发明涉及超细氢氧化铝的生产方法,是一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法。
背景技术
超细氢氧化铝是世界上用量最大的无机阻燃剂,在阻燃剂领域有着极其重要的地位。但由于氢氧化铝是无机物,与一些有机高分子材料的有较差的相容性,如果结晶不完善造成附聚问题,晶体颗粒间不一致程度高,易造成在高分子材料内部分散不均匀,导致高分子材料制品在加工过程中,温度不稳定,从而导致最终塑料制品性能下降,同时影响加工效率。目前进口的超细氢氧化铝其001面的结晶强度普遍较高,其价格也比国内同类超细氢氧化铝价格高出30%以上。改善超细氢氧化铝的结晶性能,提高其相容性,一直是超细氢氧化铝行业的主要研究方向。
超细氢氧化铝的吸油值是体现相容性的一个关键技术指标,对树脂的加工性能(如挤出速度、加工温度等)和加工后的性能(如熔融指数、断裂伸长率、拉伸强度等)具有重要影响。同等条件下,在加入高分子材料后,氢氧化铝的吸油值越小,高分子材料的熔融指数越高,越容易挤出加工,同时断裂伸长率、拉伸强度等性能也有一定的提升。因而,如何降低产品的吸油值是超细氢氧化铝生产行业的重要研究方向。
目前氢氧化铝种分工艺流程中,缺乏对结晶过程的有效控制,导致氢氧化铝在铝酸钠溶液中的成晶过程杂乱,产品夹杂一些细微杂晶;此外,由于超细氢氧化铝晶体表面存在二次成核的现象,会影响晶体的形态,多种因素影响下,导致超细氢氧化铝的结晶强度不高,吸油值也较高。目前市场主流超细氢氧化铝产品的吸油值,一般在35ml蓖麻油/100g超细氢氧化铝左右,不能满足下游客户的更高要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种新的种分法生产超细氢氧化铝的方法,以提高结晶质量、降低吸油值,从而提高产品与有机材料的相容性。
本发明的方法包括下面的步骤:
(1)将氢氧化铝晶种加入至具有第一温度的铝酸钠溶液,开始种分过程,得到第一浆液;
(2)将第一浆液的温度逐步降低至第二温度,并进行老化,得到第二浆液;
(3)将第二浆液升高至一第三温度,得到第三浆液,所述第三温度比所述第一温度高7-9℃;
(4)所述第三浆液中粒径基本为正态分布时,过滤浆液,并洗涤滤饼,然后干燥、分散,得到高结晶强度的超细氢氧化铝干粉。
本发明中,将氢氧化铝晶种加入至高温铝酸钠精液,诱导铝酸钠溶液析出氢氧化铝,通过调整过饱和度和化学势,改善氢氧化铝001晶面的生长,并解决颗粒的团聚问题,从而实现超细氢氧化铝结晶强度的提升,同时提高了产品的性能。
在一种典型实施方式中,铝酸钠溶液的苛性比值αk为1.3-1.8,优选为1.4-1.6;所述第一温度为72℃-90℃,优选值为78-85℃。在第一温度反应的时间可以3-10小时,优选在3-6小时。
在另一个实施方式中,所述第二温度为30℃-62℃,优选值为35-55℃,更优选40-55℃。降温方式可以为匀速降温或不匀速降温,优选为匀速降温。匀速降温的情况下,降温速度控制在0.3-3℃/h。降温之后,进行老化反应,老化反应的时间可以在1-80h,优选值15-50h。
本发明中,作为优选,步骤(3)中所述第三温度为65℃-90℃。可以匀速或非匀速升温,其中优选匀速升温,升温速度为优选为10-80℃/h。
步骤(4)中,用激光粒度仪检测第三浆料中的颗粒粒径,当判断基本呈正态分布时,经过过滤、洗涤和分散,得到超细氢氧化铝干粉。本发明所得产品的中位粒径通常为1.2-5μm,优选值为1.8-2.8μm。
通过本发明方法获得的产品,其001晶面衍射峰强度高于7500CPS,相容性高,吸油值可达到26mL蓖麻油/100g氢氧化铝以下。相比国内外同类超细氢氧化铝产品,性能有明显提高。
附图说明
图1是实施例1制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图;
图2是实施例2制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图;
图3是实施例3制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图;
图4是实施例4制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图;
图5是对比例1制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图;
图6是对比例2制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图;
图7是实施例1制备的超细氢氧化铝形貌的扫描电镜(SEM)图;
图8是实施例2制备的超细氢氧化铝形貌的扫描电镜(SEM)图;
图9是实施例3制备的超细氢氧化铝形貌的扫描电镜(SEM)图;
图10是实施例4制备的超细氢氧化铝形貌的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
下面以具体实施例例举说明本发明的实施方式。
实施例1
(1)将α-Al(OH)3与蒸馏水按照1:3质量比混合,使用球磨机粉碎混合物中Al(OH)3至D50粒径为1.05μm,得到浆状悬浮液混合物;
(2)将(1)所述浆状悬浮液混合物按晶种比8%,加入至αk为1.45,Nk为150g/L,温度为80℃的铝酸钠过饱和溶液中,按1℃/h的速率,匀速降温分解至铝酸钠溶液温度为40℃,αk为2.75,老化20h;
(3)将(2)最终所得浆液,按20℃/h的速率升温至78℃,停留0.5h后,氢氧化铝湿颗粒粒径分布形态为近似正态均匀分布,得到浆液(3);
(4)将(3)所得浆液过滤,滤饼洗涤至pH为8.2,干燥、分散,得到D50粒度为2.2μm的超细氢氧化铝粉体,XRD测试其001晶面衍射峰强度为8256cps,比表面积为3.2982m2/g,吸油值为25mL蓖麻油/100g氢氧化铝;
实施例2
(1)将β-Al(OH)3与蒸馏水按照1:3质量比混合,使用球磨机粉碎混合物中Al(OH)3至D50粒径为1.03μm,得到浆状悬浮液混合物;
(2)将(1)所述浆状悬浮液混合物按晶种比2.2g/L,加入至αk为1.45,Nk为150g/L,温度为82℃的铝酸钠过饱和溶液中,按0.8℃/h的速率,匀速降温分解至铝酸钠溶液温度为45℃,αk为2.83,老化30h;
(3)将(2)最终所得浆液,按15℃/h的速率升温至83℃后,氢氧化铝湿颗粒粒度分布形态基本为正态分布时,得到浆液;
(4)将(3)最终所得浆液过滤,洗涤滤饼至pH为8.3,干燥、分散,得到D50粒度为2.0μm的超细氢氧化铝粉体,XRD测试001晶面衍射峰强度为8021cps,比表面积为2.4591m2/g,吸油值为26mL蓖麻油/100g氢氧化铝。
实施例3
(1)将β-Al(OH)3与蒸馏水按照1:3质量比混合,使用球磨机粉碎混合物中Al(OH)3至D50粒径为1.03μm,得到浆状悬浮液混合物;
(2)将(1)浆状悬浮液混合物按晶种比2.2g/L,加入至αk为1.51,Nk为152g/L,温度为73℃的铝酸钠过饱和溶液中,按照不匀速降温条件,先在76℃停留5h,再按1℃/h的速率,降温至70℃,再按5℃/h的速率降温至60℃,随后自然风冷却降温至45℃,αk为2.72,老化45h;
(3)将(2)所得最终浆液,按15℃/h的速率升温至77℃,停留3min后,氢氧化铝湿颗粒粒度基本为正态分布,得到浆液;
(4)将所得浆液过滤,洗涤滤饼至pH为9.2,干燥、分散,得到D50粒度为2.2μm的超细氢氧化铝粉体,XRD测试001晶面衍射峰强度为7699cps,比表面积为3.0481m2/g,吸油值为24mL蓖麻油/100g氢氧化铝。
实施例4
(1)将85g/L硫酸铝溶液按硫酸铝:氧化铝,摩尔比1:6,加入至αk为1.45,Nk为146g/L,温度为40℃的铝酸钠溶液中,搅拌4h后,得到悬浮液;
(2)将悬浮液按晶种比8%,加入至αk为1.51,Nk为152g/L,温度为73℃的铝酸钠过饱和溶液中,按照不匀速降温条件,先在76℃停留5h,再按1℃/h的速率,降温至70℃,再按5℃/h的速率降温至60℃,随后自然风冷却降温至32℃,αk为2.72,停留45h,得到浆料(1);
(3)将所得浆料(1)按15℃/h的速率升温至71℃,停留3h后,氢氧化铝粒度分布基本为正态分布,得到浆料(2);
(4)将浆料(2)过滤,洗涤滤饼至pH为9.2,干燥、分散,得到D50粒度为2.4μm的超细氢氧化铝粉体,XRD测试001晶面衍射峰强度为7607cps,比表面积为3.8526m2/g,吸油值为26mL蓖麻油/100g氢氧化铝,钠含量为691ppm。
对比例1
将实施例1中将(1)所述浆状悬浮液混合物按晶种比8%,加入至αk为1.45,Nk为150g/L,温度为63℃的铝酸钠过饱和溶液中,恒温分解至αk为2.75,所得的浆液过滤,洗涤滤饼至pH为8.6,干燥、分散,得到D50粒度为2.1μm的超细氢氧化铝粉体,XRD测试001晶面衍射峰强度为5537cps,吸油值为36mL蓖麻油/100g氢氧化铝,钠含量为891ppm。
对比例2:
将实施例1中所得浆状悬浮液混合物按晶种比8%,加入至αk为1.45,Nk为150g/L,温度为63℃的铝酸钠过饱和溶液中,恒温分解至αk为2.75,之后升温至75℃,停留2h,所得的浆液过滤,洗涤滤饼至pH为8.6,干燥、分散,得到D50粒度为2.1μm的超细氢氧化铝粉体,XRD测试001晶面衍射峰强度为6153cps,吸油值为35mL蓖麻油/100g氢氧化铝,钠含量为862ppm。
对比例3
将实施例2制得的浆状悬浮液混合物按晶种比2.2g/L,加入至αk为1.45,Nk为150g/L,温度为81℃的铝酸钠过饱和溶液中,按0.8℃/h的速率,匀速降温分解至铝酸钠溶液温度为45℃,αk为2.83,停留30h,所得的浆液过滤,洗涤滤饼至pH为8.5,干燥、分散,得到D50粒度为5.5μm,粒度分布不均匀的氢氧化铝粉体,已达不到超细氢氧化铝粉体的粒度分布要求,同时其001晶面衍射峰强度仅为6265。
为本发明的目的而在本文中选用的实施例,应理解为说明性的,而非限制本发明的保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言,在不背离本发明实质和范围的前提下,对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种超细氢氧化铝的生产方法,包括下面的步骤:
(1)将氢氧化铝晶种加入至具有第一温度的铝酸钠溶液,开始种分过程,得到第一浆液;
(2)种分过程中,将第一浆液的温度逐步降低至第二温度,并进行老化,得到第二浆液;
(3)将第二浆液升高至一第三温度,得到第三浆液,所述第三温度是相对于所述第一温度上下浮动7℃的范围;
(4)所述第三浆液中粒径基本为正态分布时,过滤浆液,并洗涤滤饼,然后干燥、分散,得到高结晶强度的超细氢氧化铝干粉。
2.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,所述第一温度为70℃-90℃,优选值为75-85℃。
3.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,步骤(1)中所述铝酸钠溶液的αk为1.3-1.8,优选值为1.4-1.6℃。
4.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,所述第二温度为30℃-62℃,优选值为35-55℃。
5.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,步骤(2)中的降温方式为匀速降温或不匀速降温,优选为匀速降温,降温速度为0.3-3℃/h。
6.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,步骤(2)中所述老化的时长为1-80h,优选值15-50h。
7.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,步骤(3)中所述第三温度为65℃-90℃。
8.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,步骤(3)中浆液(2)的升温方式为匀速降温,升温速度为10-80℃/h。
9.根据权利要求1所述的生产方法,其特征在于,步骤(4)中所述超细氢氧化铝干粉D50粒径为1.2-5μm,优选值为1.8-2.8μm。
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