专利名称：超细氢氧化铝的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超细氢氧化铝的制备方法。
背景技术：
氢氧化铝是一种性能优良的无机阻燃剂，广泛应用于高分子材料的阻燃和填充，是目前应用量最大的无毒无公害无机阻燃剂。氢氧化铝无毒，不挥发，不渗出，能长期保留在制品中。它不仅白度值高，而且有优良的色度指标，对着色剂的遮盖性小，从而使得制品美观色调高雅。氢氧化铝同时具备阻燃、消烟、阻滴、填充等作用，可降低成本。
目前工业上生产超细氢氧化铝大多采用拜耳法晶种分解或采用碳分法，其所获得的氢氧化铝颗粒尺寸偏大(氢氧化铝的粒径在0.5～2μm)，从而导致其在应用时存在阻燃效率不高、阻燃填充量大(一般为60％)及与基体的相容性差等缺陷。因此，如何使氢氧化铝超细化(通过减小氢氧化铝的粒径，提高氢氧化铝的阻燃效率，降低阻燃剂的用量，同时改善材料的物理机械性能)成为研究热点。刘卫(轻金属，1(2004)11-13)报道了采用金属醇盐水解法制备超细氢氧化铝，但是该法所采用的原料成本过高，限制了其商业应用；Jianfeng Chen(Chemical Engineering Science，58(2003)569-575)报道了采用超重力水热法制备纳米氢氧化铝，其对设备的要求很高，投资大，也不利于进行大规模的生产。为此，本领域迫切需要一种具有商业价值的制备超细氢氧化铝的方法。
发明内容
本发明目的在于，提供了一种具有商业价值的制备超细氢氧化铝(氢氧化铝的粒径在100～150nm)的方法。
本发明是将液相沉淀法与碳分法相结合，通过在碳分反应前加入酸，促进氢氧化铝大量成核，从而控制产品的粒径和形态，本发明所制得的氢氧化铝的粒径为100～150nm，形态为沙漏状或半沙漏状。
本发明所说的超细氢氧化铝粉体的制备方法，其主要步骤为将铝酸钠水溶液与二氧化碳气体进行沉淀反应，沉淀物经洗涤、干燥后得目标物；其特征在于，在铝酸钠水溶液与二氧化碳气体进行沉淀反应前，在铝酸钠水溶液中加入盐酸，其中所加入的盐酸的浓度为20wt％～35wt％，其加入量为铝酸钠水溶液体积的1～3％；所说的铝酸钠水溶液中氧化铝(Al2O3)的浓度为60～140g/l。
在本发明中，所用的铝酸钠水溶液(原料液)由氢氧化钠和氢氧化铝采用现有技术(即苛性比为1.2～1.5下，反应2小时)制备而成(反应制得的原料液经过滤、稀释，得到氧化铝浓度为60～140g/l的溶液作为本发明的原料液)；或由工业级铝酸钠溶液经过除杂处理后获得；推荐的加盐酸温度为40℃～60℃(即在铝酸钠水溶液中加入盐酸时铝酸钠水溶液的温度为40℃～60℃)。
图1和图2为采用本发明制得超细氢氧化铝的透射电镜图(采用JEM-100CXII型透射电镜)，由图1和图2可知，采用本发明制得的超细氢氧化铝的为沙漏或半沙漏状，其边长尺寸在100～150nm，产品粒径分布窄。
图3为采用本发明制得超细氢氧化铝的XRD衍射谱图(采用Rigaku D/MAX-2550VB/PC型X射线衍射仪测定)，图3中纵坐标为衍射峰强度，横坐标为扫描角度(2θ)；其主要出峰的位置在2θ＝18.8，20.4，27.8，40.5和53.1，与拜耳石晶型的谱图相吻合。
图4为采用本发明制得超细氢氧化铝的热失重(TG)和差热分析(DTA)曲线(采用TGA/SDTA DSC851仪器分析)。由图4可知，采用本发明制得超细氢氧化铝粉体在270℃左右，大量失水，总失水量为粉体重量的30％。相比较，采用碳分法(现有技术)制备的拜耳石型氢氧化铝粉体的失水温度大约在250℃。失水温度的提高，可以使得采用氢氧化铝粉体填充的聚合物的加工温度更为宽泛，摆脱加工温度的限制，使之能应用于更多的聚合物体系中。
具体实施例方式
本发明所说的超细氢氧化铝粉体的制备方法，包括如下步骤在40～60℃条件下，向氧化铝(Al2O3)浓度为60～140g/l的铝酸钠水溶液中加入浓度为20wt％～35wt％的盐酸，盐酸的加入量为铝酸钠水溶液体积的1～3％，在1～3分钟后向该溶液中通入二氧化碳气体进行沉淀反应，二氧化碳气体的流量为0.1～0.6m3/hr，至溶液的pH值为8.0～11.0时，停止沉淀反应(停止通入二氧化碳气体)，过滤获得沉淀物，所得沉淀物经去离子水和乙醇洗涤后于80～120℃干燥4～6小时即为目标产品。
本发明是一种将酸碱沉淀中和反应与碳分反应相结合的方法，其具有操作简单、所制得的粉体性能稳定且重复性好、设备要求低等优点，适合大规模生产。
下面通过实施例对本发明作进一步说明，其目的仅在于更好理解本发明的内容，而非限制本发明的保护范围
实施例1分别秤取氢氧化钠102g，氢氧化铝153g。将102g氢氧化钠溶解与150ml去离子水中，加热至沸腾。加入153g氢氧化铝至沸腾的氢氧化钠溶液中，反应2小时，制得透明的铝酸钠溶液。将铝酸钠溶液抽滤后，加入去离子水稀释至1L，得到所需反应液，浓度为100g/L(以氧化铝计)。
将稀释后的反应液恒温在40℃后，加入20ml质量浓度为20％的盐酸，充分搅拌2min钟后通入二氧化碳气体，气体流量为0.1m3/hr。当溶液的pH值至8时，沉淀反应结束，放置30min老化。沉淀物经去离子水以及乙醇洗涤、过滤、干燥、研磨，得白色粉末状产品。
将本发明的白色粉末状产品分散于乙醇中，超声分散后，滴在铜网上制样，然后采用JEM-100CXII型透射电镜观察样品形貌，形貌如图1所示，放大倍数为10万倍，超细氢氧化铝为沙漏状或半沙漏状结构，其边长尺寸在100-150nm，产品粒径分布窄。采用RigakuD/MAX-2550VB/PC型X射线衍射仪测定本发明的粉末状产品，XRD衍射谱图如附图3所示，图中纵坐标为衍射峰强度，横坐标为扫描角度(2θ)，其主要衍射峰位置与ASTM 200011拜耳石型氢氧化铝的谱图相吻合。因此，反应制备的粉体为拜耳石型氢氧化铝。采用TGA/SDTADSC851仪器作粉体失水分析，TG和DTG曲线如图4所示。粉体在270℃左右，大量失水，总失水量为粉体重量的30％。
实施例2分别秤取氢氧化钠102g，氢氧化铝153g。将102g氢氧化钠溶解与150ml去离子水中，加热至沸腾。加入153g氢氧化铝至沸腾的氢氧化钠溶液中，反应2小时，制得透明的铝酸钠溶液。将铝酸钠溶液抽滤后，加入去离子水稀释至1L，得到所需反应液，浓度为100g/L(以氧化铝计)。
将稀释后的反应液恒温在60℃后，加入25ml质量浓度为35％的盐酸，充分搅拌1min钟后通入二氧化碳气体，气体流量为0.6m3/hr。当溶液的pH值至11时，沉淀反应结束，放置30min老化。沉淀物经去离子水以及乙醇洗涤、过滤、干燥、研磨，得白色粉末状产品。
将本发明的白色粉末状产品分散于乙醇中，超声分散后，滴在铜网上制样，然后采用JEM-100CXII型透射电镜观察样品形貌，形貌如图2所示，放大倍数为5万倍。超细氢氧化铝为沙漏状或半沙漏状结构，其边长尺寸在100-150nm，产品粒径分布窄。采用RigakuD/MAX-2550VB/PC型X射线衍射仪测定本发明的粉末状产品，XRD衍射谱图如附图3所示，图中纵坐标为衍射峰强度，横坐标为扫描角度(2θ)，其主要衍射峰位置与ASTM 200011拜耳石型氢氧化铝的谱图相吻合。因此，反应制备的粉体为拜耳石型氢氧化铝。采用TGA/SDTADSC851仪器作粉体失水分析，TG和DTG曲线如图4所示。粉体在270℃左右，大量失水，总失水量为粉体重量的30％。
权利要求
1.一种沙漏或半沙漏状超细氢氧化铝粉体的制备方法，其主要步骤为将铝酸钠水溶液与二氧化碳气体进行沉淀反应，沉淀物经洗涤、干燥后得目标物；其特征在于，在铝酸钠水溶液与二氧化碳气体进行沉淀反应前，在铝酸钠水溶液中加入盐酸，所加入的盐酸的浓度为20wt％～35wt％，其加入量为铝酸钠水溶液体积的1～3％；所说的铝酸钠水溶液中氧化铝的浓度为60～140g/l。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，其中在铝酸钠水溶液中加入盐酸时铝酸钠水溶液的温度为40℃～60℃。
3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所说制备方法的主要步骤为在40～60℃条件下，向氧化铝浓度为60～140g/l的铝酸钠水溶液中加入浓度为20wt％～35wt％的盐酸，盐酸的加入量为铝酸钠水溶液体积的1～3％，在1～3分钟后向该溶液中通入二氧化碳气体进行沉淀反应，至溶液的pH值为8.0～11.0时，停止沉淀反应，过滤获得沉淀物，所得沉淀物经去离子水及乙醇洗涤后再经干燥即为目标产品。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，其中二氧化碳气体的流量为0.1～0.6m3/hr。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，其中干燥温度为80～120℃，干燥时间为4～6小时。
全文摘要
本发明涉及一种超细氢氧化铝的制备方法，其主要步骤为将铝酸钠水溶液与二氧化碳气体进行沉淀反应，沉淀物经洗涤、干燥后得目标物；其特征在于，在铝酸钠水溶液与二氧化碳气体进行沉淀反应前，在铝酸钠水溶液中加入盐酸，所加入的盐酸的浓度为20wt％～35wt％，其加入量为铝酸钠水溶液体积的1～3％；所说的铝酸钠水溶液中氧化铝的浓度为60～140g/l。本发明所制得的氢氧化铝粉体为沙漏状或半沙漏状，尺寸在100－150nm，可作为低烟、无卤、无毒阻燃聚合物的阻燃剂。此外，本发明还具有工艺简单、成本低廉及可大批量连续化生产等优点。
文档编号C01F7/14GK1970453SQ20051011058
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月22日 优先权日2005年11月22日
发明者李春忠, 张玲, 周秋玲 申请人:华东理工大学