TW200909354A - Basic aluminum nitrate - Google Patents

Description

200909354 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種鹼性硝酸鋁組成物與一種製造該鹼 性硝酸鋁之方法。 【先前技術】 鹼性硝酸鋁組成物適合用於各種不同的應用，如表面 改質劑、黏合劑、陶瓷、止汗劑等。可藉由溶解例如氫氧 化鋁或氧化鋁之鋁化合物於硝酸或硝酸鋁水溶液中，製造 鹼性硝酸鋁（氧硝酸鋁）之水溶液。 美國專利第5,2〇2，115號提供被利用於止汗劑配方之 鹼性鋁材料的製造。對於形成該鹼性鋁材料之反應式係如 下所述： 58H20 + 28A1 + 16A1(N03)3 一 22A12(0H)5N03 + 26NO + 3H2， 其中一氧化氮之產生表示硝酸鹽氧陰離子之氮原子從先前 之+5至+2氧化態的還原。此專利亦揭示單價錯合物氧陰離 子的鋁鹽可藉由鋁金屬與例如單價錯合物氧陰離子之無機 酸反應而就地形成。與關於傳統鹼性鋁鹵化物材料之技術 一致，此專利說明藉由以1 /1 6吋至1/ 8吋長與1 / 0 0吋至 3/100吋厚之矩型塊狀的形式餘量地添加銘金屬之小碎 屑，形成所述之具有單價錯合物氧陰離子的鹼性鋁材料而 成爲單體之鋁離子與單價錯合物氧陰離子的溶液。 英國專利申請案第2，0 4 8，2 2 9號說明在鋁氯氫氧化物 內之錯合物（ΑΓ1)群，其係更有效作爲止汗劑。該具有試鐵 200909354 劑之Alei錯合物群之反應速率爲A1。之特徵（A1a、Aib與Alc 中’ Ale爲相對於試鐵劑展現最慢錯合反應比例），並於膠 體滲透層析術之滲透速率係爲一般發現Alb之範圍內 (Ala、Alb與Ale中’ Alb具有中等滯留時間，表示其包括 中等分子大小的錯合物）。此英國專利申請案說明ΑΓ1群之 錯合物以1 0重量％ - 3 0重量％的量存在於稍後可得之鋁氯 氫氧化物中，及可改良彼等稍後可得之鋁氯氫氧化物爲含 之實質上較大量的Alei群。此專利申請案揭示藉由熟化鋁 氯氫氧化物以提高A 1e 1群量的技術。 歐洲專利申請案第1 9 1,62 8號揭示製造粉末形式之具 有1 _ 7至2.2 : 1之鋁：鹵素莫耳比的鹼性鋁鹵化物的直接 方法。該方法包括：（a)溶解金屬鋁於選自氯化鋁與溴化鋁 之鋁化合物的起始水溶液中，維持該起始溶液於約5 0 °C至 約1 0 5 °C之溫度一段恰足夠溶解足量鋁的時間，以產生具 有鋁：鹵化物莫耳比例於1 .7 : 1至2.2 : 1之範圍的最終鹼 性鹵化鋁水溶液，起始溶液中鋁濃度與所溶解之鋁量以致 最終鋁鹵化物溶液中之鋁濃度爲0.8重量％至6.7 5重量 °/〇 ;以及（b)乾燥最終鹼性鋁鹵化物溶液的步驟。 歐洲專利申請案第1 9 1，628號說明用於形成所述之以 具有27A1 NMR(核磁共振）中特性線之聚合物形式含有高比 例的鹼性鋁鹵化物材料的直接製備程序。本專利申請案揭 示此特性線爲由 A13 + (6H20)共振而來之 62.5 ppm低場 (downfield)，且已被歸因於被認定爲A1i3〇4〇離子的錯合銘 200909354 離子。在所揭不方法之一樣態中，最終驗性錯化合物之至 少2 0 %的鋁係A11 3 0 4 〇離子的形式。 歐洲專利申請案第2 8 5，2 8 2號揭示止汗劑材料，包括 部份中和後鋁鹽，該鹽具有總鋁量之至少25%，以具有27A1 NMR光譜之形式存在，其中在近乎63 ppm(對應於四面體 配位之銘離子）之尖峰中含有在140 ppm至-80 ppm之下之 總面積的8%至25% 。該歐洲專利文件說明用於藉由部份 中和使用鋁離子源之水性酸（如礦物酸）（礦物酸任意地爲 鋁鹽），且不需要接下來的加熱步驟，形成所述之鋁鹽的技 術。此專利文件之具體樣態爲如氯水化鋁之鹵水化鋁材料。 美國專利第5,626,827號說明具有特定尺寸之鹼性鋁 材料（聚合物鋁材料），不包括於高性能液體層析術（HPLC) 所產生之高性能層析儀尖峰具有低於25%之以Alb聚氫氧 化水鋁之形式的鋁物種；以及27A1 NMR(磁核共振）光譜， 其中在71.5-73.5 ppm之共振線中含有在140 ppm至-80 ppm之下之總面積的5% -30% 、較佳爲8~1 8% ;以及27A1 NMR光譜，其中在71.5-73.5 ppm共振線之面積包括50% 以上之62_5-63.5 ppm與71 .5-73.5 ppm共振線的組合面積。 英國專利申請案第2,053,1 72 A號說明適合於紡紗成 纖維、必要時在聚合物紡紗助劑之結合後的穩定、液態之 硝酸鋁水溶液製備的方法。該方法包含⑴在低於25 °C之溫 度下使氧化鋁與硝酸溶液反應，形成氫氧化鋁；（ii)分離所 得之氫氧化鋁沉澱物；（iii)必要時從沉澱物除去鹼金屬離 200909354 子與其他不希望的離子；與（iv)在硝酸或硝酸鋁中煮解氫氧 化鋁沉澱物。 然而，迄今已可能生產具有可接受之鋁相對與硝酸鹽 莫耳比之滿意穩定的溶液並亦可維持高純度。 【發明內容】 在一樣態中，本發明係關於具有以下實驗式的鹼性鋁 組成物：

Al2(OH) 6.aXa 其中0.5SaS5.0，且X爲氮的陰離子；而其中該組成物的 NMR光譜中-40至+40 ppm共振線包含NMR光譜之總面積 至少60% 。 在另一樣態中，本發明係關於具有以下實驗式的鹼性 鋁組成物： ai2(0H) 6.axa 其中0.5SaS5.0，且X爲氮的陰離子；而其中該組成物包 含，基於該組成物之總鋁量，低於3重量％的金屬氧化物 不純物。 在更進一步之樣態中，本發明係關於具有以下實驗式 的鹼性鋁組成物：

Al2(OH) 6.axa 其中0.5$aS5.0，且X爲氮的陰離子；而其中該組成 物的NMR光譜具有實質上除了在_40至+40 ppm內至少一 條的共振線以外’無其他共振線存在於N M R光譜。 200909354 在進一步的樣態中，本發明係關於製備鹼性硝酸鋁組 成物的方法，其包含在小於或等於約6的ρ Η下使氧化鋁金 屬鹽與硝酸反應，形成氧化鋁沉澱物與金屬硝酸鹽；從沉 澱物除去該金屬硝酸鹽；添加硝酸於沉澱物而形成漿體並 調整沉澱物之鋁相對於硝酸鹽的比例；以及加熱漿體而形 成鹼性硝酸鋁的溶液。 【實施方式】 本發明係關於鹼性硝酸鋁組成物與製造該鹼性硝酸鋁 的方法。 必須注意的是如此處與附帶之申請專利範圍中所用， 除非內文中清楚地指出之外，單數型”一種”、”與”、以及” 該”包括複數指示對象。因此，例如參照”一種鹼性硝酸鋁 組成物”包括複數種該組成物，及參照”鹼性硝酸鋁組成物” 包括參照一種以上該組成物與其精通本技藝者已知之等致 物等。 ”大於”用於修飾例如組成物中之成分的量、敘述所揭 示之樣態中所採用的濃度、體積、處理溫度、處理時間、 回收率或產率、流速、及近似値及其範圍，表示可能發生 之數字量上的變動，例如透過通常之測量與處理程序；在 彼等程序中由於疏忽的錯誤；在被用於進行該等方法之成分 中的差異；以及近似的條件。名詞”大約”亦包含因配方之 熟化而與特定之起始濃度或混合物不同的量，以及因混合 或處理配方而與特定起始濃度或混合物不同的量。任何被” 200909354 大約”一詞所修飾之附帶於此的申請專利範圍包括相當於 彼等量者。 如此處所述，名詞”鹼性”表示比其他同名稱之化合物 較爲鹼性的化合物。例如，在此處所提之化學式中，若a< 6 時則該化合物爲”鹼性”。對於 a = 6則該化合物可由 αι2(Ν03)6或 ai(n〇3)3表示，其爲具有莫耳比例 A 1 /Ν Ο 3 = 0 · 3 3 3的中性硝酸鋁。 如此處所利用，名詞”不純物”表示除了 Η、Ο、N、A1 (以 元素形式）或H20、N〇3、與Al2(〇H)6_aXa之外的任何物質。 不純物包括例如金屬與非金屬及其任何衍生物，如金屬氧 化物（例如，Na20、Fe203、MgO、Ti02、Zr〇2、CaO 等）、 鹵化物、硫酸鹽、與其他氧陰離子、及其混合物。 如此處所用，名詞”金屬氧化物”表示含有金屬陽離子 與氧化物陰離子、且通常與水反應形成鹼或與酸反應形成 鹽的化合物。金屬通常落於以下之分類中，但彼此非互不 相容且非嚴格地規範：鹼金屬、鹼土金屬、過渡金屬、貴 重（稀有）金屬、ί自金屬、鑭系（稀土）金屬、锕系金屬、輕金 屬與重金屬、及其混合物。 在一樣態中’本發明係關於包含以下實驗式之鹼性鋁 組成物： A12(〇H)6.aXa 其中0_5Sa$5.〇’而X爲氮之陰離子；其中該組成物 具有一NMR光譜’在該光譜中_ 40至+40 ppm之共振線包含 -10- 200909354 NMR光譜之總面積的至少60% ;或-40至+ 40ppm之共振線 包含NMR光譜之總面積的至少70% ;或-40至+ 40ppm之 共振線包含NMR光譜之總面積的至少 80% ;或-40至 + 4 0PPm之共振線包含NMR光譜之總面積的至少90% ;或 -40至+40ppm之共振線包含NMR光譜之總面積的至少95 °/〇 。在另一樣態中，該NMR光譜除了出現在光譜之-40至 + 4 0 p p m之至少一條的共振線之外，實質上不包含共振線。 在一樣態中，該組成物可包含，以該組成物之總鋁（以 Al2〇3表示）重爲基準，少於3重量％的金屬氧化物不純物； 或以該組成物之總鋁重爲基準，少於約1重量％的金屬氧 化物不純物；或以該組成物，總鋁重爲基準，少於約0.5 重量％的金屬氧化物不純物；或以該組成物，總鋁重爲基 準之少於約〇. 1重量％的金屬氧化物不純物；或以該組成 物之總鋁重爲基準，少於約〇 . 〇 7重量％的金屬氧化物不純 物。該金屬氧化物不純物包括但不受限於鈉、鐵、鎂、鈦、 鉻、鈣之氧化物或其混合物。該組成物可包含以該組成物 之總鋁重爲基準，少於約〇 · 3重量％的氧化鈉不純物；或 以該組成物之總鋁重爲基準，少於約〇 · 〇 7重量％的氧化鈉 不純物。 在其他樣態中，本發明係關於包含以下實驗式之鹼性 鋁組成物：

Al2(OH)6.aXa 其中0.5$a‘5_0’而X爲氮之陰離子；其中該組成物 -11 - 200909354 包含以該組成物總鋁重爲基準，少於約3重量％的金屬 化物不純物；或以該組成物之總鋁重爲基準，少於約1 量％的金屬氧化物不純物；或以該組成物之總鋁重爲 準，少於約〇 · 1重量％的金屬氧化物不純物；或以該組 物之總鋁重爲基準之少於約0.0 7重量％的金屬氧化物不 物。該金屬氧化物不純物可包括但不受限於鈉、鐵、鎂 鈦、鉻、鈣之氧化物或其混合物。該組成物可包含以該 成物之總鋁重爲基準，少於約〇. 3重量％的氧化鈉不純物 或以該組成物之總鋁重爲基準，少於約〇 . 〇 7重量％的氧 鈉不純物。該組成物具有一N M R光譜，在該光譜中-4 0 + 40ppm之共振線包含NMR光譜之總面積的至少60% ; -4 0至+4 0ppm之共振線包含NMR光譜之總面積的至少 % ;或-40至+ 40ppm之共振線包含NMR光譜之總面積的 少8 0 % ;或-4 0至+ 4 0 p p m之共振線包含N M R光譜之總 積的至少90% ;或-40至+ 40ppm之共振線包含NMR光 之總面積的至少9 5 % «在另一樣態中，該NMR光譜除 光譜之-4 0至+ 4 0 p p m內至少一條的共振線之外’實質上 包含共振線。 在進一步之樣態中’本發明係關於製備鹼性硝酸鋁 成物之方法，其包括在P H小於或等於約6下使氧化銘金 鹽與硝酸反應而形成氧化鋁沉殿物及金屬硝酸鹽；從該 澱物除去金屬硝酸鹽；添加硝酸於沉殿物而形成漿體並 整沉澱物之鋁相對於硝酸鹽的比例；以及加熱該漿體而 氧 重 基 成 純 組 J ; 化 至 或 70 至 面 譜 了 不 組 屬 沉 調 形 -12- 200909354 成鹼性硝酸鋁之溶液。該金屬可包括鈉、鉀、或其混合物。 氧化鋁金屬鹽可包括鋁酸鈉、鋁酸鉀、或其混合物。該氧 化鋁金屬鹽可在pH小於或等於5.5、小於或等於5.0、小 於或等於4.5、或小於或等於4.0之下與硝酸反應。硝酸係 以維持所希望之pH的所需量添加。金屬硝酸鹽可藉由使用 超過瀘以去離子水清洗或藉由其他適當的方式而從沉澱物 除去。洗淨之後，添加硝酸於沉澱物而形成溶液，以使沉 澱物之鋁對硝酸鹽之莫耳比可等於或大於約1.0、等於或大 於約1.2、或等於或大於約丨.4。可藉由使用如蒸餾、蒸發、 離心或相似技術之傳統技術來除去水以濃縮該溶液。該溶 液亦可在形成後之任何時間如藉由深層過濾等過濾以除去 不純物。必要時，例如可進一步藉由如噴霧乾燥、托盤乾 燥、或相似方法乾燥該溶液而形成鹼性硝酸鋁的粉末。 實例 提出以下實例作爲所聲明之發明的具體說明。然而應 了解的是本發明係不受限於實例中所提出之具體的細節。 實例1 將3200g在室溫的去離子水置入18公升之裝配有折流 板與攪拌器的反應器中。同時添加鋁酸鈉（4 1 8 6 g ; 1 1 · 5 % Al2〇3)與2 0%硝酸溶液（4928g)以維持〜4之pH 20分鐘而形 成沉澱的氧化鋁與硝酸鈉。最終溫度爲4 1 . 6。(：。使用過濾 漏斗及9.2Kg的去離子水過爐並清洗3078g所得之氧化 鋁，以除去硝酸鈉副產物。重複該過濾3次以上，以清洗 -13- 200909354 反應器之整個內容物。所得之3 3 9 0 g濾餅具有5.6的A 1 /Ν Ο 3 莫耳比。然後使用分散漿葉施加剪切力以液化該濾餅。添 加656g之40%硝酸於其中’以調整Α1/Ν〇3莫耳比至〜1.5。 加熱所得之漿體至9 5 °C近乎2小時以得到所希望的N MR 光譜。分析所得之溶液並發現含有17.7% Al2〇3及少於20 ppm的Na2〇。該溶液已準備妥當可使用，且其保持穩定至 少 6 個月。該鹼性硝酸鋁組成物之實驗式爲 AhCOHh.ANOy, 3。 實例2 將2 1 0 0 g在室溫的去離子水置入1 8公升之裝配有折流 板與攪拌器的反應器中。同時添加硫酸鋁（8 0 5 0 g ; 8 · 3 % 八12〇3)與2 5%碳酸鈉溶液（92 898)以維持〜5.3之？1120分鐘 而形成沉澱的氧化鋁與硫酸鈉。使用過濾漏斗及6倍體積 的去離子水過濾並清洗氧化鋁槳體，以除去硫酸鈉副產 物。使用分散漿葉將所得之498 0g濾餅分散於最小量的去 離子水。添加1362g之40%硝酸於其中以調整A1/N03莫 耳比至~ 1 . 5。加熱所得之漿體至9 5 °C近乎2小時以得到所 希望的N M R光譜。分析所得之溶液並發現含有16.3% ΑΙ2Ο3、104 ppm 的 Na2〇、39 ppm 的 Fe2〇3 與 12 ppm 的 M g〇。該溶液已準備妥當可使用，且其保持穩定至少6個 月。該鹼性硝酸鋁組成物之實驗式爲AlWOHh.HNOd"。 當本發明已由有限實例說明的同時，彼等具體實例並 非意圖限制如此處所述或聲明。由此範例樣態的觀點，對 -14- 200909354 於彼等具一般技藝者可明白進一步的修飾、等致物、及改 變爲可能的。除了另外指出以外，範例中以及說明書中之 其餘者的所有份與百分比，均爲重量份與重量％。再者’ 在說明或申請專利範圍中所敘述之數字的任何範圍’如代 表性質、測量單位、條件、物理狀態或百分比例的特別組 合，均意欲以參考文獻或其他逐字地明確地結合’任何數 字均落於該範圍內，包括任何在如此敘述之任何範圍內的 數字子集。例如，無論在揭示具有下限RL與上限Ru的數 字範圍的任何時候，均具體地揭示任何落於該範圍內的數 字R。具體而言，以下落於該範圍內之數字R被具體地揭 示：R = Rl + k(Ru — Rl)，其中k爲範圍在1%至100%之具 有1%增加量的變數’例如k爲1%、2%、3%、4%、5%、 • · · 50%、51%、52%、· · · 95%、96%、97%、98 %、99%、或100%。而且’以任何兩個R値表示之任何 數字範圍，如上所計算亦被具體地揭示。本發明之任何改 良，以及彼等此處所顯示與說明者’彼等精通於本技藝者 將從前面說明與附帶圖式而變得清楚。此等改良亦被認爲 係落於附帶之申請專利範圍的範圍中。所有此處所引用之 出版品，其全文在此倂入參考文獻。 【圖式簡單說明】 第1圖爲習知技藝之鹼性硝酸鋁組成物的NMR光譜。 第2圖爲習知技藝之鹼性硝酸鋁組成物的NMR光譜。 第3圖爲根據本發明之鹼性硝酸鋁組成物的NMR光 200909354 譜。 【主要元件符號說明】 4fff： 〇 η、、

Claims (1)

1. 200909354 十、申請專利範圍： 1 · 一種鹼性鋁組成物，其包含實驗式： Al2(OH)6-aXa 其中0.5SaS5.0，而X爲氮之陰離子；其中該組成物具 有一 NMR光譜，在該光譜中-40至+ 40ppm之共振線包含 N M R光譜之總面積的至少6 0 % 。 2. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該-4〇至+4〇ppm 之共振線包含NMR光譜之總面積的至少70% 。 3. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該-40至+40ppm 之共振線包含N M R光譜之總面積的至少8 0 % 。 4. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該-40至+4 Oppm 之共振線包含N M R光譜之總面積的至少9 0 % 。 5. 如申請專利範圍第1項之組成物，其中該_4〇至+4 Oppm 之共振線包含N M R光譜之總面積的至少9 5 % 。 6 .如申請專利範圍第1項之組成物，其中除了至少一條存 在於該NMR光譜中-40至+40ppm內之共振線之外’該 NMR光譜實質上不包含其他共振線。 7 .如申請專利範圍第1項之組成物，其中該組成物包含’ 以該組成物之總鋁重爲基準，少於3重量％的金屬氧化 物不純物。 8 .如申請專利範圍第1項之組成物，其中該組成物包含， 以該組成物之總鋁重爲基準，少於1重量％的金屬氧化 物不純物。 -17- 200909354 9 .如申請專利範圍第1項之組成物’其中該組成物包含， 以該組成物之總鋁重爲基準’少於〇 · 1重量％的金屬氧化 物不純物。 1 〇 ·如申請專利範圍第8項之組成物’其中該金屬氧化物不 純物包含鈉、鐵、鎂、欽、锆、鈣或其混合物的氧化物。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之組成物’其中該組成物包含， 以該組成物之總銘重爲基準’少於0.2重量％的氧化鈉 不純物。 1 2.—種鹼性鋁組成物，其包含實驗式： Al2(OH)6.aXa 其中0.5SaS5.0’而X爲氣之陰離子；其中該組成物 包含，以該組成物之總鋁重爲基準，少於3重量％的金 屬氧化物不純物。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項之組成物，其中該組成物包含， 以該組成物之總鋁重爲基準，少於1重量。/。的金屬氧化 物不純物。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項之組成物，其中該組成物包含， 以該組成物之總鋁重爲基準，少於0.1重量％的金屬氧 化物不純物。 1 5 ·如申請專利範圍第1 2項之組成物，其中該金屬氧化物 不純物包含鈉、鐵、鎂、鈦、锆、鈣或其混合物的氧化 物。 1 6 ·如申請專利範圍第1 2項之組成物，其中該組成物包含， -18- 200909354 以該組成物之總鋁重爲基準，少於〇 . 2重量％的氧化鈉 不純物。 1 7 .如申請專利範圍第1 2項之組成物，其中該組成物具有 —NMR光譜’在該光譜中_40至+ 40ppm之共振線包含 NMR光譜之總面積的至少6〇% 。 1 8 .如申請專利範圍第1 2項之組成物，其中該-40至+4〇ppm 之共振線包含NMR光譜之總面積的至少70% 。 1 9 .如申請專利範圍第1 2項之組成物，其中除了至少一條 存在於該NMR光譜中_4〇至+40ppm內之共振線之外， 該N MR光譜實質上不包含其他共振線。 2 0 . —種驗性銘組成物，其包含實驗式： Al2(〇H)6.aXa 其中0.5Sa$5.0，而X爲氮之陰離子；其中該組成物 具有一 NMR光譜’其中除了至少一條存在於該NMR光 譜中-40至+40ppm內之共振線之外，該NMR光譜實質 上不包含其他共振線。 2 1 . —種製備鹼性硝酸鋁組成物的方法，其包含使氧化鋁與 硝酸在pH小於或等於約6下反應，以形成氧化鋁沉澱 及硝酸金屬鹽； 從該沉激物除去該硝酸金屬鹽； 添加硝酸於該沉澱物以形成漿體並調整該沉澱物之鋁相 對於硝酸鹽的比例：以及 加熱該漿體以形成該鹼性硝酸鋁之溶液。 -19- 200909354 2 2 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該金屬爲鈉、鉀、 或其混合物。 2 3 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該氧化鋁金屬鹽 爲鋁酸鈉。 24 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該硝酸金屬鹽爲 硝酸鈉。 2 5.如申請專利範圍第21項之方法，其中該pH小於或等於 約5。 2 6.如申請專利範圍第21項之方法，其中該pH小於或等於 約 4.5。 2 7 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中藉由以去離子水 清洗，除去該硝酸金屬鹽。 2 8 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該鋁相對於硝酸 鹽之比例等於或大於約1 . 〇。 2 9 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該鋁相對於硝酸 鹽之比例等於或大於約1 . 2。 3 0 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中藉由水之去除， 濃縮該溶液。 3 1 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中過濾該溶液以除 去不純物。 3 2 .如申請專利範圍第2 1項之方法，其中乾燥該溶液以形 成該鹼性硝酸鋁之粉末。 -20-