专利名称：高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法
技术领域：
本发明涉及一种具有高分散性的纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法。该法所得到的纳米氧化铝粒径小，粒径分布均勻，并能稳定分散在水中。
背景技术：
纳米氧化铝有着优异的物理化学性质，在生产生活中有着极其广泛的用途，被用于制作催化剂及载体，精细陶瓷，新型涂料，医学新材料，阻燃材料，橡胶抗老化剂，光缆，吸附剂等等。但是，由于纳米氧化铝粒径小，比表面积和表面能都很大，很容易发生团聚，当纳米氧化铝粉体能稳定分散在某种介质，特别是水中时，则会大大提升其应用价值，如，将纳米氧化铝溶胶添加到丙烯酸树脂，聚氨酯树脂，环氧树脂等树脂的水性液体中，可明显提高树脂的硬度及阻燃性能。陶瓷浇铸以及制作防护涂料方面等，高水分散性纳米氧化铝也体现出一定的优越性。然而，国内外关于高水分散性的纳米氧化铝的研究报道非常少。根据相关研究，氧化铝在水中的溶解度是非常有限的，主要是受限于溶液的PH值，温度，以及溶液中的其它离子[George V. F.，Yang G. Charging behavior at the alumina-water interface and implications for ceramic processing J. Am. Ceram. Soc. 2007，90， 3373-3388]。要想增大氧化铝在水中的溶解性，一方面可改变溶液的pH值，当溶液的pH < 3或pH> 7时，氧化铝能很好的溶解在水中；一方面可向纳米氧化铝的分散液中加入表面活性剂或是分散剂，也可实现纳米氧化铝的稳定分散[朱冬生，李新芳，王先菊等氧化铝-水纳米流体的制备及其分散性研究化工新型材料2007，35，45-47]；另一方面，也可对纳米氧化铝进行表面修饰，修饰上具有亲水性的物质后，可以使纳米氧化铝稳定分散在水中。Andr6R.S.等人在粒径为65nm的氧化铝表面修饰上某种聚合物，一种聚合物的头部是能与两性氧化物有很好结合力的基团，如1，2，3_苯三酚，尾部是具有亲水性的聚乙二醇长链，另一种是梳子状的共聚物聚甲基丙烯酸酯-聚乙二醇，分别以这两种经改造后的聚乙二醇为桥梁，可使纳米氧化铝能很好的分散在水中[Andr6R.S.et al. , Colloidal stabilization of nanoparticles in concentrated suspensions Langmuir 2007,23, 1081-1090]。在本发明中，我们采用一种非水溶胶凝胶法合成了具备高分散性的纳米氧化铝粉体，将所得不同量的纳米氧化铝粉体与水混合，即可得到不同浓度的纳米氧化铝水分散液， 所得到的氧化铝分散液非常稳定，在此分散过程中，不需要调节溶液PH值，也不需另外加入分散剂，这样可避免引入其它杂质离子，也不需经过对制得的纳米氧化铝进行表面修饰这一复杂过程，因此，该高分散性纳米氧化铝具有很强的实用性。在整个生产工艺中，原料易得，操作简单，无繁琐的样品后处理过程，反应产率高达98%，工业放大因素小，能实现高分散纳米氧化铝的工业化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分散性纳米氧化铝粉体的非水溶胶凝胶制备方法，该方法是将铝盐溶解在醇类溶剂中，得到的前驱体经非水溶胶凝胶热处理后即可得到高分散性纳米氧化铝粉体。本发明为实现上述目的，采用的技术方案如下一种高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法，其特征在于，采用低温非水溶胶凝胶法制备，制备步骤依次为步骤1 在醇类溶剂中加入铝盐，配成铝盐的量为0. 5 1. 5摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1中得到的前驱体进行溶剂热处理，处理温度100 200°C，时间为 6 48小时；步骤3 步骤2的反应结束后，用无水乙醇洗涤样品，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具有高分散性的纳米氧化铝粉体。本发明的高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法，采用低温非水溶胶凝胶法制备，制备步骤依次为步骤1 在醇类溶剂中加入铝盐，配成铝盐的量为0. 5 1. 2摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1中得到的前驱体进行溶剂热处理，处理温度100 180°C，时间为 18 36小时；步骤3 步骤2的反应结束后，用无水乙醇洗涤样品，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具有高分散性的纳米氧化铝粉体。本发明的高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法中，所述的铝盐为六水合三氯化铝、无水三氯化铝、九水合硝酸铝、硫酸铝、十二水合硫酸铝铵或异丙醇铝；所述的醇类为甲醇，乙醇，异丙醇，正丁醇，异丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇或苯甲醇。本发明的优点在于1、合成的纳米氧化铝粒径小，粒径分布均勻。2、该纳米氧化铝能稳定的分散在水中。3、合成原料易得，工艺过程简单，工业放大因素小，产率高，符合实际生产的需要。
图1为所制备的纳米氧化铝的X-射线粉末衍射(XRD)图谱图谱对应于γ -氧化铝(JCPDS No. 10-425)，该纳米氧化铝的XRD峰较宽，表明粒子的粒径很小。图2为不同浓度的纳米氧化铝水分散液的实物照片图中1-纳米氧化铝水分散液的质量百分比浓度为0. 的初始照片，2-纳米氧化铝水分散液的质量百分比浓度为的初始照片，3-纳米氧化铝水分散液的质量百分比浓度为10%的初始照片，4-纳米氧化铝水分散液的质量百分比浓度为0. 的48小时后的照片，5-纳米氧化铝水分散液的质量百分比浓度为的48小时后的照片，6-纳米氧化铝水分散液的质量百分比浓度为10%的48小时后的照片。由照片可见，该水分散液至少能稳定保持48小时。测其kta电位，分别为44. 7毫伏，35. 5毫伏和31. 3毫伏，Zeta电位的绝对值均大于30毫伏，说明本发明中所制备的纳米氧化铝能稳定分散在水中，且其浓度可高达 10%。
具体实施例方式实施例1高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备，采用低温非水溶胶凝胶法制备，制备步骤依次为步骤1 在甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇或苯甲醇溶剂中加入铝盐六水合三氯化铝、无水三氯化铝、九水合硝酸铝、硫酸铝、十二水合硫酸铝铵或异丙醇铝，配成铝盐的量为0. 5 1. 5摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1中得到的前驱体进行溶剂热处理，处理温度100 200°C，时间为 6 48小时；步骤3 步骤2的反应结束后，用无水乙醇洗涤样品，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具有高分散性的纳米氧化铝粉体；实施例2高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备，采用低温非水溶胶凝胶法制备，制备步骤依次为步骤1 在甲醇，乙醇，异丙醇，正丁醇，异丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇或苯甲醇溶剂中加入铝盐六水合三氯化铝、无水三氯化铝、九水合硝酸铝、硫酸铝、十二水合硫酸铝铵或异丙醇铝，配成铝盐的量为0. 5 1. 2摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1中得到的前驱体进行溶剂热处理，处理温度100 180°C，时间为 18 36小时；步骤3 步骤2的反应结束后，用无水乙醇洗涤样品，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具有高分散性的纳米氧化铝粉体；实施例3高分散性纳米氧化铝粉体制备，制备步骤为步骤1 在苯甲醇中加入无水三氯化铝，配成无水三氯化铝的量为0. 5摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1的前驱体进行溶剂热处理，处理温度为180°C，时间为20小时；步骤3 步骤2结束后，离心，并将离心得到的产物用乙醇洗涤3次，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具备高分散性的纳米氧化铝粉体。实施例4高分散性纳米氧化铝粉体制备，制备步骤为步骤1 在苯甲醇中加入硫酸铝，配成硫酸铝的量为1. 0摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1的前驱体进行溶剂热处理，处理温度为180°C，时间为20小时；步骤3 步骤2结束后，离心，并将离心得到的产物用乙醇洗涤3次，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具备高分散性的纳米氧化铝粉体。实施例5高分散性纳米氧化铝粉体制备，制备步骤为步骤1 在苯甲醇中加入异丙醇铝，配成异丙醇铝的量为0. 6摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1的前驱体进行溶剂热处理，处理温度为180°C，时间为20小时；步骤3 步骤2结束后，离心，并将离心得到的产物用乙醇洗涤3次，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具备高分散性的纳米氧化铝粉体。实施例6高分散性纳米氧化铝粉体制备，制备步骤为步骤1 在乙醇中加入无水三氯化铝，配成三氯化铝的量为0. 8摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1的前驱体进行溶剂热处理，处理温度为120°C，时间为M小时；步骤3 步骤2结束后，离心，并将离心得到的产物用乙醇洗涤3次，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具备高分散性的纳米氧化铝粉体。实施例7高分散性纳米氧化铝粉体制备，制备步骤为步骤1 在乙二醇中加入异丙醇铝，配成异丙醇铝的量为1. 0摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1的前驱体进行溶剂热处理，处理温度为150°C，时间为18小时；步骤3 步骤2结束后，离心，并将离心得到的产物用乙醇洗涤3次，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具备高分散性的纳米氧化铝粉体。实施例8高分散性纳米氧化铝粉体制备，制备步骤为步骤1 在甲醇中加入无水三氯化铝，配成无水三氯化铝的量为1.2摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1的前驱体进行溶剂热处理，处理温度为100°C，时间为M小时；步骤3 步骤2结束后，离心，并将离心得到的产物用乙醇洗涤3次，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具备高分散性的纳米氧化铝粉体。实施例9高分散性纳米氧化铝粉体制备，制备步骤为步骤1 在异丙醇中加入无水三氯化铝，配成无水三氯化铝的量为1. 0摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1的前驱体进行溶剂热处理，处理温度为150°C，时间为M小时；步骤3 步骤2结束后，离心，并将离心得到的产物用乙醇洗涤3次，产物在50°C空气中干燥12小时，即得到具备高分散性的纳米氧化铝粉体。实施例10高分散性的纳米氧化铝粉体制备，制备步骤为步骤1 在正丁醇中加入九水合硝酸铝，配成九水合硝酸铝的量为0. 5摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1的前驱体进行溶剂热处理，处理温度为150°C，时间为36小时；步骤3 步骤2结束后，离心，并将离心得到的产物用乙醇洗涤3次，产物在50°C空气中干燥12 小时，即得到具备高分散性的纳米氧化铝粉体。
权利要求
1.高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法，其特征在于，采用低温非水溶胶凝胶法制备，制备步骤依次为步骤1 在醇类溶剂中加入铝盐，配成铝盐的量为0. 5 1. 5摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1中得到的前驱体进行溶剂热处理，处理温度100 200°C，时间为6 48小时；步骤3 步骤2的反应结束后，用无水乙醇洗涤样品，产物在50°C空气中干燥12小时， 即得到具有高分散性的纳米氧化铝粉体。
2.根据权利要求1所述的高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法，其特征在于，采用低温非水溶胶凝胶法制备，制备步骤依次为步骤1 在醇类溶剂中加入铝盐，配成铝盐的量为0. 5 1. 2摩尔/升的前驱体；步骤2 将步骤1中得到的前驱体进行溶剂热处理，处理温度100 180°C，时间为18 36小时；步骤3 步骤2的反应结束后，用无水乙醇洗涤样品，产物在50°C空气中干燥12小时， 即得到具有高分散性的纳米氧化铝粉体。
3.根据权利要求1或2所述的高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法，其特征在于，所述的铝盐为六水合三氯化铝、无水三氯化铝、九水合硝酸铝、硫酸铝、十二水合硫酸铝铵或异丙醇铝；所述的醇类为甲醇，乙醇，异丙醇，正丁醇，异丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇或苯甲醇。
全文摘要
本发明提供了一种高分散性纳米氧化铝的非水溶胶凝胶制备方法。本方法包括以下步骤，将铝盐和醇类溶剂混合配成前驱体，所得到的前驱体经过低温非水溶剂热处理后，产物经乙醇洗涤离心后干燥，即可得到具有高分散性的纳米氧化铝粉体。该纳米氧化铝粒径小，粒径分布均匀，且可稳定分散于水中。在整个生产工艺中，原料易得，操作简单，无繁琐的样品后处理过程，反应产率高达98％，工业放大因素小，能实现高分散纳米氧化铝的工业化生产。
文档编号C01F7/02GK102180497SQ201110061648
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者吴娜, 张礼知, 徐勇, 徐进 申请人:宣城晶瑞新材料有限公司