CN1927719A - 一种氢氧化铝微粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种氢氧化铝微粉的制备方法，涉及一种用作阻燃填料的氢氧化铝微粉的生产工艺方法，特别是提高氢氧化铝微粉晶体完善程度的工艺方法。将铝酸钠溶液通CO2的碳分法以及铝酸钠溶液与硫酸铝中和法制备的凝胶种子，通过特殊工艺将其转化为纯相的α型氢氧化铝微粉，产品的主要杂相β－AH％含量为零，通过包覆改性，烘干制得D50为0.06～0.6um之间的纯α型亚微米级氢氧化铝微粉。亦可将转化完全的微粉浆液直接或浓缩后加入到铝酸钠溶液中，通过分解制得0.3＝～2um之间的粒度分布集中且均匀，耐温及阻燃性能优越的氢氧化铝微粉产品。
Description
技术领域
一种氢氧化铝微粉的制备方法，涉及一种用作阻燃填料的氢氧化铝微粉的生产工艺方法，特别是提高氢氧化铝微粉晶体完善程度的工艺方法。
背景技术
氢氧化铝市场上，超细氢氧化铝阻燃填料因其颗粒极细，又具有阻燃、消烟、填充三大功能，在燃烧时无二次污染，因而在塑料、橡胶等高级复合材料中填加该产品，不仅使产品具有阻燃消烟效果，而且抗漏电、耐电弧、耐磨性能增强。被广泛用在热塑材料、橡胶、纸张、涂料等行业中作填加剂。目前，微粉的生产方法，有机械磨种子分解法和化学法。机械磨种子法生产的产品和化学法相比，产品的杂质含量高，粒度分布宽，其产品质量档次较低、应用性能较差，只能应用于低档次产品中。目前，世界知名公司的主流产品都是利用化学法生产工艺，该工艺生产的产品质量稳定，纯度高，粒度细，粒度分布窄，产品的配伍使用性能好，虽然价格很高，但由于其优良的品质稳稳地占据着高端产品市场。
氢氧化铝微粉纯化学法的制造方法，曾公开报道的主要有以下两种：1、铝酸钠与硫酸铝中和法制备凝胶种子，所得溶液不经处理直接加入铝酸钠溶液中进行分解，制得氢氧化铝微粉；2、铝酸钠溶液碳分法制取凝胶晶种、种分制备超细氢氧化铝微粉。专利号00130250.7的“种分法制备超细氢氧化铝工艺”专利所阐述的就是以上两种方法的制备工艺，目前，使用这两种工艺方法所生产出的氢氧化铝微粉β-AH％含量都在15～25％之间，其微粉产品晶型发育不完善，稳定性差，失水温度低；难以满足β-AH％在5％左右的高档阻燃剂市场的需求。
发明内容
本发明的目的是针对上述已有技术存在的不足，提供一种能有效提高微粉产品晶型发育的完善程度、降低吸油率低、提高失水温度的氢氧化铝微粉的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种氢氧化铝微粉的制备方法，其特征在于工艺过程依次为：
a.铝酸钠溶液经冲稀后通CO2分解的碳分法以及铝酸钠溶液与硫酸铝中和法制备的氢氧化铝凝胶浆液，经直接或浓缩后加入到铝酸钠溶液中，控制分解温度为40～55℃，经搅拌分解达到氧化铝的平衡浓度；
b.将达到平衡浓度后的浆液提温至70～90℃，保温3～10小时，将其转化为含β-AH％含量为零，D50为0.06～0.6um的纯α型氢氧化铝超细微粉。
本发明的方法，其特征在于将制得的D50为0.06～0.6um的纯α型氢氧化铝超细微粉作为晶种，加入到温度为50～60℃、氧化铝浓度为90～180g/l、αK：1.35～1.6的铝酸钠溶液，其种子加入量按种子系数0.1～0.2控制，分解6～10小时，制得D50为0.3～2um的粒度分布集中且均匀的氢氧化铝微粉浆液，再经液固分离洗涤，产品烘干粉碎、制得产品氢氧化铝微粉。
本发明的方法，其特征在于氢氧化铝凝胶的制备过程是将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为20～60g/l，αK：1.35～1.6，温度控制在30～50℃，在碳分槽内快速通入CO2气体，分解时间控制为10～30分钟，分解pH控制在7～9，制得不定型的氧化铝凝胶。
本发明的方法，其特征在于氢氧化铝凝胶的制备过程是将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为20～50g/l，αK：1.35～1.6，温度控制在30～50℃，快速加入冲稀至2％～8％的硫酸铝溶液，反应pH控制在7～9，搅拌，制得不定型的氧化铝凝胶。
本发明的方法，其特征在于D50为0.06～0.6um的纯α型氢氧化铝超细微粉的制备过程为将制得凝胶浆液与冷却至50～55℃过滤后的铝酸钠溶液同步加入种子制备槽中，加入量按铝酸钠溶液中氧化铝含量∶凝胶种子中氧化铝含量＝2∶1，然后控制温度为50～60℃，搅拌分解6小时，使之达到氧化铝的平衡浓度，再提温至70～80℃，保温3～10小时，完成拟薄水铝石经β-AH再到α-AH的完全转化过程，制得的超微粉的β-AH％含量为零，制得D50为0.06～0.6um，固含量为60～100g/L的氢氧化铝超细微粉种子浆液。
本发明的方法，其特征在于将所制备的氢氧化铝超细微粉种子浆液经过滤洗涤后经搅洗槽，加入偶联剂，包括硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂进行打散包覆处理后，再通过膜分离将浆液浓缩后再经喷雾烘干制备出粒度为0.06～0.6um的改性α-三水氧化铝的超细粉体产品。
本发明的方法，由于超细微粉种子的晶相转化完全，所生产出的氢氧化铝微粉α-AH％含量≥98％，其耐温及阻燃性能均优于现有的氢氧化铝微粉。
众所周知，分解微粉氢氧化铝需低温分解，如果分解温度过高，所得产品的粒度太粗，所以目前已有生产工艺及资料所介绍的分解温度均控制在55℃以下，而氢氧化铝凝胶向α型三水铝石的热转化过程是随着温度的提高而加快，如果在低温下转化，其速度非常慢且转化不完全；这与我们希望的氢氧化铝凝胶向α型三水铝石的相转化形成了矛盾，本发明是通过在低温下分解，当铝酸钠溶液达到其平衡浓度，生产出0.06～0.6um的超细微粉后，再提高浆液温度，而提高温度是铝酸钠溶液平衡浓度增加的过程，是微量氢氧化铝溶解的过程，因此即使将温度提高，氢氧化铝颗粒也不会增大。这样，在保证了粒度的前提下提高温度，强化了不定型氢氧化铝向其晶型最稳定态α型三水铝石的转化过程，使其在较短的时间内即可完成晶相完全转化。从而解决了粒度与晶型转化的矛盾。
本发明的方法，将制得的超细微粉经包覆改性后喷雾烘干制得D50为0.06～0.6um之间的亚微米级氢氧化铝微粉产品。亦可将其作为分解生产微粉的种子，通过控制种子系数、分解温度、分解时间等分解条件，制得0.3～2um之间的粒度分布集中且均匀，α-AH含量≥98％的耐温及阻燃性能优越的超细氢氧化铝微粉产品。
本发明的方法，通过控制不定型凝胶的热转化过程，将其转化为晶型完善的含三个结晶水的α型三水铝石，而三水铝石的变体主要是α型三水铝石、拜铝石及诺水铝石三种；晶型最完善，失水温度最高的是α型三水铝石，其次是拜铝石、诺水铝石。因此，将氢氧化铝凝胶转化为纯度高、粒度细的α型三水铝石的氢氧化铝微粉作为分解种子，以达到所制取的氢氧化铝微粉产品的晶型发育完善，粒度细且均匀，阻燃性能和耐温性能优越，是本发明的核心所在。提高微粉产品晶型发育的完善程度，是提高产品各项性能指标的关键所在。
本发明的生产方法与其它氢氧化铝微粉生产方法相比较具有流程简化、原料方便，可操作性强等特点，适宜于激烈的市场竞争，容易实现大规模生产等优越性。所得产品结晶完善，α-AH晶相转化完全，粒度分布集中且均匀，阻燃性能和耐温性较一般微粉产品有了大幅度的提高，并且可实现生产不同粒级的氢氧化铝微粉系列产品。
具体实施方式
一种氢氧化铝微粉的制备方法，其工艺过程依次为：a.铝酸钠溶液经冲稀后通CO2分解的碳分法以及铝酸钠溶液与硫酸铝中和法制备的氢氧化铝凝胶浆液，经直接或浓缩后加入到铝酸钠溶液中，控制分解温度为40～55℃，经搅拌分解达到氧化铝的平衡浓度；b.将达到平衡浓度后的浆液提温至70～90℃，保温3～10小时，将其转化为含β-AH含量为零，D50为0.06～0.6um的纯α型氢氧化铝超细微粉。将制得的D50为0.06～0.6um的纯α型氢氧化铝超细微粉作为晶种，加入到温度为50～60℃、氧化铝浓度为90～180g/l、αK为：1.35～1.6的铝酸钠溶液中，其种子加入量按种子系数0.1～0.2控制，分解6～10小时，制得D50为0.3～2um的粒度分布集中且均匀的氢氧化铝微粉浆液，再经液固分离洗涤，产品烘干粉碎、制得产品氢氧化铝微粉。
实施例1
1、种子的制备：
a将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为20g/l，αK：1.35，温度控制在50℃，在碳分槽内快速通入CO2气体，分解时间控制为30分钟，分解PH控制在7～9，制得不定型的氧化铝凝胶。
b将制得的凝胶浆液与冷却至50～55℃过滤后的铝酸钠溶液同步加入种子制备槽中，加入量按铝酸钠溶液中氧化铝含量∶凝胶种子中氧化铝含量＝2∶1，然后控制温度为50～60℃，搅拌分解6小时，使之达到氧化铝的平衡浓度，再提温至70℃，保温10小时，即完成了拟薄水铝石经β-AH再到α-AH的完全转化过程，所制得的微粉种子的β-AH％含量为零，就此完成了D50为0.06～0.6um之间固含量为60～100g/L的氢氧化铝超细微粉浆液的制备。
2、氢氧化铝微粉的生产：
将铝酸钠溶液经板式换热气降温至50～60℃，氧化铝浓度为90g/l，αK：1.35，加入所制得的超细微粉作晶种，其种子加入量按种子系数0.1控制，分解6小时，即可生产出D50为0.3～2um之间的粒度分布集中且均匀的氢氧化铝微粉浆液，再经液固分离洗涤，产品烘干粉碎、包装，即为产品氢氧化铝微粉。由于微粉种子的晶相转化完全，所生产出的氢氧化铝微粉α-AH％含量≥98％，其耐温及阻燃性能均优于现有生产工艺的氢氧化铝微粉。
实施例2
1、种子的制备：
a将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为60g/l，αK：1.6，温度控制在30℃，在碳分槽内快速通入CO2气体，分解时间控制为10分钟，分解pH控制在7～9，制得不定型的氧化铝凝胶。
b将制得的凝胶浆液与冷却至50～55℃过滤后的铝酸钠溶液同步加入种子制备槽中，加入量按铝酸钠溶液中氧化铝含量∶凝胶种子中氧化铝含量＝2∶1，然后控制温度为50～60℃，搅拌分解6小时，使之达到氧化铝的平衡浓度，再提温至80℃，保温3小时，即完成了拟薄水铝石经β-AH再到α-AH的完全转化过程，所制得的微粉种子的β-AH％含量为零，就此完成了D50为0.06～0.6um之间固含量为60～100g/L的氢氧化铝超细微粉浆液的制备。
2、氢氧化铝微粉的生产：
将铝酸钠溶液经板式换热气降温至50～60℃，氧化铝浓度为90～180g/l，αK：1.35～1.6，加入所制得的超细微粉作晶种，其种子加入量按种子系数0.2控制，分解10小时，即可生产出D50为0.3～2um之间的粒度分布集中且均匀的氢氧化铝微粉浆液，再经液固分离洗涤，产品烘干粉碎、包装，即为产品氢氧化铝微粉。由于微粉种子的晶相转化完全，所生产出的氢氧化铝微粉α-AH％含量≥98％，其耐温及阻燃性能均优于现有工艺生产的氢氧化铝微粉。
实施例3
1、种子的制备：
a将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为20g/l，αK：1.35，温度控制在30℃，快速加入冲稀至8％的硫酸铝溶液，PH控制在7～9，搅拌10分钟，制得不定型的氧化铝凝胶。
b将制得的凝胶浆液与冷却至50～55℃过滤后的铝酸钠溶液同步加入种子制备槽中，加入量按铝酸钠溶液中氧化铝含量∶凝胶种子中氧化铝含量＝5∶1，然后控制温度为50℃，搅拌分解6小时，使之达到氧化铝的平衡浓度，再提温至80℃，保温10小时，即完成了拟薄水铝石经β-AH再到α-AH的完全转化过程，所制得的微粉种子的β-AH％含量为零，就此完成了D50为0.06～0.6um之间的氢氧化铝超细微粉浆液的制备。
2、氢氧化铝微粉的生产：
将铝酸钠溶液经板式换热气降温至50℃，氧化铝浓度为90g/l，αK：1.35，加入制得的氢氧化铝超细微粉作晶种，其种子加入量按种子系数0.06控制，分解10小时，即可生产出D50为0.3～2um之间的粒度分布集中且均匀的氢氧化铝微粉浆液。再经液固分离洗涤，产品烘干粉碎、包装，即为产品氢氧化铝微粉。
实施例4
1.种子的制备：
a将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为50g/l，αK：1.6，温度控制在50℃，快速加入冲稀至2％的硫酸铝溶液，pH控制在7～9，搅拌10分钟，制得不定型的氧化铝凝胶。
b将制得的凝胶浆液与冷却至55℃过滤后的铝酸钠溶液同步加入种子制备槽中，加入量按铝酸钠溶液中氧化铝含量∶凝胶种子中氧化铝含量＝5∶1，然后控制温度为60℃，搅拌分解6小时，使之达到氧化铝的平衡浓度，再提温至90℃，保温3小时，即完成了拟薄水铝石经β-AH再到α-AH的完全转化过程，所制得的微粉种子的β-AH％含量为零，就此完成了D50为0.06～0.6um之间的氢氧化铝超细微粉浆液的制备。
2、氢氧化铝微粉的生产：
将铝酸钠溶液经板式换热气降温至50～60℃，氧化铝浓度为180g/l，αK：1.6，加入制得的氢氧化铝超细微粉作晶种，其种子加入量按种子系数0.1控制，分解6小时，即可生产出D50为0.3～2um之间的粒度分布集中且均匀的氢氧化铝微粉浆液。再经液固分离洗涤，产品烘干粉碎、包装，即为产品氢氧化铝微粉。
实施例5
1、将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为20g/l，αK：1.35，温度控制在30℃，在碳分槽内快速通入CO2气体，分解时间控制为10分钟，分解pH控制在7～9，制得不定型的氧化铝凝胶。
2、将制得的凝胶浆液与冷却至50℃过滤后的铝酸钠溶液同步加入种子制备槽中，加入量按铝酸钠溶液中氧化铝含量∶凝胶种子中氧化铝含量＝2∶1，然后控制温度为50℃，搅拌分解6小时，使之达到氧化铝的平衡浓度，再提温至70℃，保温10小时，即完成了拟薄水铝石经β-AH再到α-AH的完全转化过程，所制得的微粉种子的β-AH％含量为零，就此完成了D50为0.06～0.6um之间固含量为60～100g/L的氢氧化铝超细微粉浆液的制备。
3、超细氢氧化铝微粉产品的制备
将所制备的氢氧化铝微粉浆液经过滤洗涤后经搅洗槽，加入偶联剂，包括硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂进行打散包覆处理后，再通过膜分离将浆液浓缩后再经喷雾烘干制备出粒度为0.06～0.6um的改性α-三水氧化铝的超细粉体产品。
实施例6
1、将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为60g/l，αK：1.6，温度控制在50℃，在碳分槽内快速通入CO2气体，分解时间控制为30分钟，分解pH控制在7～9，制得不定型的氧化铝凝胶。
2、将制得的凝胶浆液与冷却至55℃过滤后的铝酸钠溶液同步加入种子制备槽中，加入量按铝酸钠溶液中氧化铝含量∶凝胶种子中氧化铝含量＝2∶1，然后控制温度为60℃，搅拌分解6小时，使之达到氧化铝的平衡浓度，再提温至80℃，保温3小时，即完成了拟薄水铝石经β-AH再到α-AH的完全转化过程，所制得的微粉种子的β-AH％含量为零，就此完成了D50为0.06～0.6um之间固含量为60～100g/L的氢氧化铝超细微粉浆液的制备。
3、超细氢氧化铝微粉产品的制备
将所制备的氢氧化铝超细微粉浆液经过滤洗涤后经搅洗槽，加入偶联剂，包括硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂进行打散包覆处理后，再通过膜分离将浆液浓缩后再经喷雾烘干制备出粒度为0.06～0.6um的改性α-三水氧化铝的超细粉体产品。
Claims (6)
1.一种氢氧化铝微粉的制备方法，其特征在于工艺过程依次为：
a.铝酸钠溶液经冲稀后通CO2分解的碳分法以及铝酸钠溶液与硫酸铝中和法制备的氢氧化铝凝胶浆液，经直接或浓缩后加入到铝酸钠溶液中，控制分解温度为40～55℃，经搅拌分解达到氧化铝的平衡浓度；
b.将达到平衡浓度后的浆液提温至70～90℃，保温3～10小时，将其转化为含β-AH％含量为零，D50为0.06～0.6um的纯α型氢氧化铝超细微粉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将制得的D50为0.06～0.6um的纯α型氢氧化铝超细微粉作为晶种，加入到温度为50～60℃、氧化铝浓度为90～180g/l、αK为1.35～1.6的铝酸钠溶液，其种子加入量按种子系数0.1～0.2控制，分解6～10小时，制得D50为0.3～2um的粒度分布集中且均匀的氢氧化铝微粉浆液，再经液固分离洗涤，产品烘干粉碎、制得产品氢氧化铝微粉。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于氢氧化铝凝胶的制备过程是将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为20～60g/l，αK：1.35～1.6，温度控制在30～50℃，在碳分槽内快速通入CO2气体，分解时间控制为10～30分钟，分解pH控制在7～9，制得不定型的氧化铝凝胶。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于氢氧化铝凝胶的制备过程是将铝酸钠溶液经板式换热器降温后冲稀至氧化铝浓度为20～50g/l，αK：1.35～1.6，温度控制在30～50℃，快速加入冲稀至2％～8％的硫酸铝溶液，反应pH控制在7～9，搅拌，制得不定型的氧化铝凝胶。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于D50为0.06～0.6um的纯α型氢氧化铝超细微粉的制备过程为将制得凝胶浆液与冷却至50～55℃过滤后的铝酸钠溶液同步加入种子制备槽中，加入量按铝酸钠溶液中氧化铝含量∶凝胶种子中氧化铝含量＝2∶1，然后控制温度为50～60℃，搅拌分解6小时，使之达到氧化铝的平衡浓度，再提温至70～80℃，保温3～10小时，完成拟薄水铝石经β-AH再到α-AH的完全转化过程，制得的超微粉的β-AH％含量为零，制得D50为0.06～0.6um，固含量为60～100g/L的氢氧化铝超细微粉。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将所制备的氢氧化铝超细微粉浆液经过滤洗涤后经搅洗槽，加入偶联剂，包括硅烷偶联剂、钛酸脂偶联剂、铝酸脂偶联剂进行打散包覆处理后，再通过膜分离将浆液浓缩后再经喷雾烘干制备出粒度为0.06～0.6um的改性α-三水氧化铝的超细粉体产品。
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