CN1433964B - 超微细氢氧化铝的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超微细氢氧化铝的制备方法。工艺特征在于先用液相沉淀法制取凝胶型的活性氢氧化铝晶种，再用拜耳种分法制备超微细氢氧化铝。在种分时加入分散改性剂，减轻超微细粒子的团聚长大，并能对氢氧化铝粒子进行表面改性，控制不同的工艺条件，从而制备出不同粒径及形态的超微细氢氧化铝。

Description

超微细氢氧化铝的制备方法
技术领域：本发明涉及制备超微细氢氧化铝的技术领域。
背景技术：众所周知，氢氧化铝是性能优良的环保型无机阻燃剂，它燃烧时不产生有毒有害气体，具有无毒、消烟、阻滴等优点，是目前世界上应用量最大的阻燃剂品种，并可作为高级填料广泛应用于高分子材料的阻燃及填充。但是氢氧化铝在作为阻燃剂在高分子材料中应用时，普通粒径较大的氢氧化铝与高分子材料亲合性差，大量填加后会造成加工粘度大，制品的机械性能下降等问题。而超微细氢氧化铝能有效地解决这个问题。
目前普遍使用的化学法生产工业超微细氢氧化铝，一般都是采用拜耳法种子分解，其中超微细晶种的制备上主要分为两种，一种是液相沉淀法，即用含铝的酸碱或其盐进行反应，制备出凝胶型的超微细氢氧化铝晶种；另一种是将工业氢氧化铝经过粉碎、煅烧等活化，得到超微细氢氧化铝晶种。虽然这两种方法制备的超微细氢氧化铝作为晶种，通过拜耳法种子分解，均能制备出平均粒径小于1μm的超微细氢氧化铝产品。但在制备工艺中对晶种的品质要求高，并且在种分过程中超微细氢氧化铝粒子极易团聚长大，干燥时由于水的毛细作用力，超微细粒子易二次团聚，因此工艺控制复杂，产品合格率低。
近年来，化学法制备超微细粉体材料中添加剂的作用越来越受到人们的重视，特别是表面活性剂的应用，由于表面活性剂具有界面吸附、定向排列以及降低界面张力等特性，可以改变晶体结构和粒径大小，对超微细粒子具有很好的分散性，这给化学法制备超微细产品提供了一个新的途径。在一些超微细产品中已有通过添加表面活性剂成功地控制产品粒径及形态的例子，但在超微细氢氧化铝的生产中，由于拜耳法种分是在强碱条件下进行的，限制了表面活性剂的应用，一直没有见到相关报道。
发明内容：本发明提供了一种将液相沉淀法与拜耳种分法结合，通过在种分时加入合适的分散改性剂，有效控制超微细氢氧化铝粒子团聚长大并表面改性，从而控制产品粒径及形态的超微细氢氧化铝生产工艺。本发明先采用液相沉淀法，制取凝胶型的活性氢氧化铝晶种包括将配制好的硫酸铝溶液加入到预先配制好的铝酸钠溶液中，进行液相沉淀反应，制取凝胶型的活性氢氧化铝晶种。再将分散改性剂加入到拜耳法种分过程中的铝酸钠溶液中，然后加入制取的活性氢氧化铝晶种，反应完毕后的浆液经固液分离、洗涤、干燥成为本发明产品。
本发明在种分的过程中加入的分散改性剂是阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂复配而成的，其中阴离子表面活性剂是选自下列物质的一种或几种：
(1)、十二烷基苯磺酸钠；
(2)、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐(C6～C18，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18)；
(3)、烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯盐(C6～C18，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18)；
(4)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐(C6～C18，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18)；
(5)、烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯盐(C6～C18，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18)；非离子表面活性剂是下列物质的一种或几种：
(1)、脂肪醇聚氧乙烯醚(C6～C18，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18)；
(2)、烷基酚聚氧乙烯醚(C6～C18，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18)；
(3)、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(聚氧乙烯醚聚合度n＝20～28)；
本发明制备晶种所用的硫酸铝溶液浓度为0.5～1.5mol/l，铝酸钠溶液浓度为Na2O＝10～80g/l，αk＝1.3～4.0，液相沉淀反应的温度不高于40℃，反应终点PH＝8～12，反应时间为1小时～20小时。
本发明在拜耳法种分过程中，首先用工业氢氧化铝和片碱配制铝酸钠溶液，浓度为Al2O3＝100～180g/l，αk＝1.3～1.8，然后加入Al2O3重量0.1％～2％的分散改性剂，将铝酸钠溶液升到初始温度后再加入事先制备的氢氧化铝晶种，晶种系数为0.5％～300％，种分的初始温度控制在55℃～80℃，种分终止温度为55℃～65℃，种分时间为10小时～72小时；种分完毕后进行固液分离，分解后的铝酸钠母液可以经过浓缩后进入下一次种分流程。滤饼经过洗涤，分散改性剂的浓度下降，在氢氧化铝粒子表面形成单分子层吸附，使粒子表面由亲水变为亲油，能大大减轻超微细粒子在干燥过程中的二次团聚。洗涤后的滤饼干燥后即成为超微细氢氧化铝产品。
本发明在种分过程中加入的分散改性剂，在种分的强碱条件下仍能很好地起到分散超微细粒子的作用，不但能控制超微细氢氧化铝产品的粒径、形态，还能对产品粒子的表面进行改性，可以减少甚至省去额外的表面处理剂的使用。所得的产品具有粒径小、分布窄、比表面积小、表面亲油性强等优点，在高分子材料中分散性好，不但对加工后制品的机械性能影响小，并且具有优秀的阻燃效果。
具体实施方式    下面结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
将0.5mol/l的硫酸铝溶液置于反应槽中，控制温度为25℃，加入αk＝1.55，Na2O＝60g/l的铝酸钠溶液进行反应，时间为3小时，反应后PH值为10，进行固液分离，制得凝胶型氢氧化铝晶种。
将αk＝1.55，Al2O3＝180g/l的铝酸钠溶液置于种分槽中，加入Al2O3重量0.2％的分散改性剂，分散改性剂由月桂醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐(聚氧乙烯醚聚合度n＝12)和月桂醇聚氧乙烯醚(聚氧乙烯醚聚合度n＝10)复配而成，加入晶种系数为20％的凝胶氢氧化铝晶种，反应初始温度70℃，终止温度为55℃，反应时间为8～15小时，当氢氧化铝分解率达到55％时反应终止，用过滤设备进行固液分离，分离的母液进入母液贮槽，通过浓缩后可用于下一次种分；分离出的固体氢氧化铝用水洗涤至杂质含量要求，再用干燥设备干燥后，即为成品超微细氢氧化铝，产品平均粒径为1.0μm，其物化性能指标见表1。
实施例2：
将0.8mol/l的硫酸铝溶液置于反应槽中，控制温度为40℃，加入αk＝1.55，Na2O＝40g/l的铝酸钠溶液进行反应，时间为5小时，反应后PH值为8，进行固液分离，制得凝胶型氢氧化铝晶种。
将αk＝1.3，Al2O3＝140g/l的铝酸钠溶液置于种分槽中，加入Al2O3重量0.1％的分散改性剂，分散改性剂由月桂醇聚氧乙烯醚硫酸酯钾盐(聚氧乙烯醚聚合度n＝12)和壬基酚聚氧乙烯醚磷酸酯盐(聚氧乙烯醚聚合度n＝4)和壬基酚聚氧乙烯醚(聚氧乙烯醚聚合度n＝8)复配而成，加入晶种系数为1％的凝胶氢氧化铝晶种，反应初始温度65℃，终止温度为55℃，反应时间为10～15小时，当氢氧化铝分解率达到55％时反应终止，用过滤设备进行固液分离，分离的母液进入母液贮槽，通过浓缩后可用于下一次种分母液；分离出的固体氢氧化铝用水洗涤至杂质含量要求，再在烘干设备内干燥后，即为成品超微细氢氧化铝，产品平均粒径为3.5μm，其物化性能指标见表1。
实施例3：
将1.5mol/l的硫酸铝溶液置于反应槽中，控制温度为20℃，加入到αk＝1.45，Na2O＝40g/l的铝酸钠溶液中进行反应，时间为3小时，反应后PH值为9.5，进行固液分离，制得凝胶型氢氧化铝晶种。
将αk＝1.8，Al2O3＝100g/l的铝酸钠溶液置于种分槽中，加入Al2O3重量2％的分散改性剂，分散改性剂由辛基酚聚氧乙烯醚硫酸酯胺盐(聚氧乙烯醚聚合度n＝9)和失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚(聚氧乙烯醚聚合度n＝20)复配而成，加入晶种系数为100％的凝胶氢氧化铝晶种，反应温度为40～50℃，反应时间为5～10小时，当氢氧化铝分解率达到50％时反应终止，用过滤设备进行固液分离，分离的母液进入母液贮槽，通过浓缩后可用于下一次种分；分离出的固体氢氧化铝用水洗涤至杂质含量要求，干燥后，即为成品超微细氢氧化铝，产品平均粒径为0.5μm，其物化性能指标见表1。
本发明产品在低密度聚乙烯(LDPE)应用试验中，主要性能达到同类产品先进水平，数据见表2。
表1物化性能指标
Figure B031181619D00031
表2本发明产品与国内外其它厂家同类产品应用比较
 本发明产品(例1)   国内对比产品   国外对比产品
  平均粒径(μm)   1.0   2.0   1.0
  氧指数   29   26   28
  拉伸强度(MPa)   10.8   10.2   9.95
  断裂伸长率(％)   10.5   8.5   11

Claims (3)

1.一种超微细氢氧化铝的制备方法，其特征在于将液相沉淀法与拜耳种分法结合，先采用液相沉淀法，将事先配制好的硫酸铝溶液加入到预先配制好的铝酸钠溶液中，进行液相沉淀反应，制取凝胶型的活性氢氧化铝晶种；在拜耳种分法过程中预先配制的铝酸钠溶液中，加入占种分铝酸钠溶液中Al2O3重量0.1～2％的分散改性剂，分散改性剂由阴离子表面活性剂与非离子表面活性剂复配而成，其中的阴离子表面活性剂是下列物质的一种或几种：
(1)、十二烷基苯磺酸钠；
(2)、C6～C18脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯盐，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18；
(3)、C6～C18烷基酚聚氧乙烯醚磷酸酯盐，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18；
(4)、C6～C18脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18；
(5)、C6～C18烷基酚聚氧乙烯醚硫酸酯盐，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18；
分散改性剂中的非离子表面活性剂是下列物质的一种或几种：
(1)、C6～C18脂肪醇聚氧乙烯醚，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18；
(2)、C6～C18烷基酚聚氧乙烯醚，聚氧乙烯醚聚合度n＝3～18；
(3)、失水山梨醇单油酸酯聚氧乙烯醚，聚氧乙烯醚聚合度n＝20～28；
然后再加入由液相沉淀法制备的活性氢氧化铝晶种进行反应；反应完毕后的浆液经固液分离、洗涤、干燥成为超微细氢氧化铝产品。
2.根据权利要求1中所述超微细氢氧化铝的制备方法，其特征在于用液相沉淀法制取凝胶型的活性氢氧化铝晶种时，其中硫酸铝溶液的浓度为0.5～1.5mol/l，铝酸钠溶液中的Na2O＝10～80g/l，αk＝1.3～4.0，将硫酸铝溶液加入到铝酸钠溶液中，反应温度为不高于40℃，反应时间为1小时～20小时。
3.根据权利要求1中所述超微细氢氧化铝的制备方法，其特征在于拜耳法种分过程的分解条件为铝酸钠溶液中Al2O3＝100～180g/l，αk＝1.3～1.8，种分的初始温度控制在55～80℃，种分终止温度为55℃～65℃，晶种系数＝0.5％～300％，种分时间为10小时～72小时。
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