專利名稱：縮合磷酸鋁的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功能型無(wú)機(jī)高聚物的合成方法，特別是縮合磷酸鋁的合成方法。
背景技術(shù)：
水玻璃類材料因其工程造價(jià)低、耐高溫耐酸性好等優(yōu)點(diǎn)，在化工、建筑防腐蝕上應(yīng)用非常廣泛。要使這類材料能在常溫下較短時(shí)間內(nèi)固化并具有一定的強(qiáng)度，就必須加入一定量的固化劑。傳統(tǒng)的水玻璃固化劑是氟硅酸鈉，但存在以下缺點(diǎn)和問(wèn)題(1)氟硅酸鈉具有一定的毒性。食品工業(yè)有關(guān)設(shè)備禁止使用加氟硅酸鈉固化的水玻璃類材料。( 氟硅酸鈉易吸潮結(jié)塊，使用時(shí)要敲碎、過(guò)篩，不但給使用帶來(lái)麻煩，而且過(guò)篩時(shí)氟硅酸鈉粉塵易被吸入呼吸道，影響人體健康。無(wú)機(jī)縮聚磷酸鹽是一種具有特殊性質(zhì)的功能型無(wú)機(jī)高聚物，國(guó)外在八十年代就見有專利報(bào)道這類高聚物在耐酸灰泥中作為固化劑使用。其出色的固化性能和無(wú)毒的特點(diǎn)使無(wú)機(jī)縮聚磷酸鹽逐漸得到科技人員越來(lái)越多的關(guān)注，縮合磷酸鋁便是其中一種。由它所制成的材料具有優(yōu)良的耐酸性和耐熱性能，對(duì)大多數(shù)無(wú)機(jī)酸、有機(jī)酸、酸性氣體均有優(yōu)良的耐腐蝕穩(wěn)定性，尤其是對(duì)強(qiáng)氧化性酸，高濃度硫酸、硝酸、鉻酸有足夠的耐蝕能力。它的耐熱性能好，使用溫度可達(dá)100(TC?？s合磷酸鋁廣泛應(yīng)用于建材、耐火材料， 化工等方面，主要用作高溫窯爐耐火材料固化劑，是高溫防氧化領(lǐng)域極具潛力的涂層材料。 此外，縮合磷酸鋁是制造特種玻璃的助熔劑；也用作于陶瓷、牙齒的的黏結(jié)劑；還可作為防火涂料、導(dǎo)電水泥的添加劑，紡織工業(yè)用作抗污劑，有機(jī)合成中用作催化劑等。關(guān)于縮合磷酸鋁的制備，國(guó)外從七十年代開始就有專利報(bào)道。美國(guó)專利3445257， 1969-05-20介紹以鋁釩土或氧化鋁凝膠和磷酸為原料，按P2O5 Al2O3 = 1. 1-3 1反應(yīng)得到酸性磷酸鋁，再經(jīng)第一段400°C熱處理及第二段750°C縮合反應(yīng)得到最終產(chǎn)物。這一兩段煅燒工藝在日本專利44-8977中也有類似報(bào)道。該方法需二段煅燒，一段煅燒后還需先冷卻后出料，增加了工藝操作，造成最后產(chǎn)品成本的增加?！锻苛瞎I(yè)》1995( :28-30材料中介紹以水溶性堿金屬聚磷酸鹽(如焦磷酸鈉、三偏磷酸鈉、六偏磷酸鈉等)和水溶性鋁鹽 (如硫酸鋁、硝酸鋁、明礬等)為原料，按P2O5 Al2O3= 1.1-3 1在水溶液中反應(yīng)得到磷酸鋁沉淀，過(guò)濾、洗滌、烘干后再在400-500°C下進(jìn)行1-3小時(shí)的熱處理，得到產(chǎn)物。該方法得到的磷酸鋁沉淀容易生成膠體且比重輕，過(guò)濾和洗滌困難，造成最后合成的縮合磷酸鋁純度難以保證。美國(guó)專利3650683，1972-03-21介紹將正磷酸鋁溶液或懸浮液在> 250°C 下進(jìn)行噴霧干燥。在不同溫度下干燥可得到不同固化速度的縮合磷酸鋁。如在300-400。C下干燥，則得到用于快速固化的固化劑；在400-600°C下干燥，則得到用于慢固化的固化劑。 該工藝對(duì)設(shè)備要求高，設(shè)備復(fù)雜，價(jià)格貴。美國(guó)專利4147758，1979-04-03介紹以固體氫氧化鋁和聚磷酸為原料，Al P = 1 2. 5-3. 5(摩爾比)，在150-200°C下輾細(xì)，揉合，捏和直至均勻，至生成砂狀粉末，然后在400-600°C下完全退火，得到聚磷酸鋁產(chǎn)品。美國(guó)專利 4395387，1983-07- 介紹以氫氧化鋁和磷酸銨鹽為原料(P2O5 Al2O3 = 2-3 1)經(jīng)干混后，采用逐級(jí)升溫的反應(yīng)方式以減少發(fā)泡現(xiàn)象，避免混合物的液化。先在190-210°C下加熱約2h，然后250°C下加熱1. 5-4h、400-55(TC下加熱1. 5_4h，所得產(chǎn)物經(jīng)粉碎后得到縮合磷酸鋁。以上兩種方法都是使用固體原料進(jìn)行反應(yīng)，容易造成反應(yīng)不完全，難以得到高純度的縮合磷酸鋁產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以磷酸和氫氧化鋁為原料合成縮合磷酸鋁的方法，代替氟硅酸鈉作為水玻璃的固化劑和在陶瓷中作為功能性材料，用于產(chǎn)生特殊金色光澤和制造高檔裝飾防滑釉。本發(fā)明的技術(shù)方案是以磷酸和氫氧化鋁為原料，采用先在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行低壓反應(yīng)，再經(jīng)高溫煅燒的工藝合成縮合磷酸鋁。化學(xué)反應(yīng)方程式如下mAl (OH) 3+3mH3P04 — Alm (PO3) 3m+6mH20具體工藝過(guò)程將磷酸、氫氧化鋁和水，按摩爾比2. 5-3 1 0.01-5加入帶攪拌槳的高壓反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密閉后，攪拌升溫。溫度控制在110°C 200°C，反應(yīng)0. 12h，得到的白色料液移入煅燒爐，在300-900°C下煅燒3-12小時(shí)；經(jīng)煅燒后的半成品經(jīng)粉碎、包裝后得到
女口
廣 PFt ο與現(xiàn)有合成磷酸鋁的方法相比，本發(fā)明突出的特點(diǎn)和實(shí)質(zhì)性顯著的進(jìn)步是1.采用先在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)高溫煅燒的合成工藝，解決了直接一次煅燒時(shí)，產(chǎn)品難以與反應(yīng)容器分離而無(wú)法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)難題；2.本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，可以采用常規(guī)設(shè)備，合成過(guò)程中無(wú)需洗滌，得到的產(chǎn)品雜質(zhì)含量少，P2O5含量高的特點(diǎn)。3、產(chǎn)品能在陶瓷中作為功能性材料，用于產(chǎn)生特殊金色光澤和制造高檔裝飾防滑釉的作用，可替代有毒有害的水玻璃固化劑氟硅酸鈉在各種硅酸鹽涂料、膠泥、混凝土中的使用。4、本發(fā)明產(chǎn)品具有無(wú)毒、無(wú)污染的特點(diǎn)，是傳統(tǒng)有毒有害固化劑-氟硅酸鈉的理想替代品，作為陶瓷中功能性材料，它能產(chǎn)生特殊金色光澤，也可用于制造高檔裝飾防滑釉，能改善釉的光澤、彈性、白度并可降低配方成本。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1 將50公斤工業(yè)級(jí)98%的氫氧化鋁和210公斤工業(yè)級(jí)85 %的磷酸，倒入帶攪拌槳的高壓反應(yīng)釜中，加入50L水，將反應(yīng)釜密閉，設(shè)定反應(yīng)溫度110°C，開始攪拌升溫。壓力上升到0. 15Mpa后，開始計(jì)時(shí)。12小時(shí)后，打開泄氣閥泄壓。將反應(yīng)得到的白色料液全部移入煅燒爐，在300-400°C溫度下煅燒12小時(shí)，經(jīng)煅燒后的半成品經(jīng)粉碎后得到195. 6公斤縮合磷酸鋁產(chǎn)品。實(shí)例2:將55公斤工業(yè)級(jí)98%的氫氧化鋁、235公斤工業(yè)級(jí)85%的磷酸和70公斤水，倒入帶攪拌槳的高壓反應(yīng)釜中，加入55L水，將反應(yīng)釜密閉，設(shè)定反應(yīng)溫度120°C，開始攪拌升溫。壓力上升到0. 2Mpa后，開始計(jì)時(shí)。8小時(shí)后，打開泄氣閥泄壓。將反應(yīng)得到的白色料液全部移入煅燒爐，在400-500°C溫度下煅燒10小時(shí)，經(jīng)煅燒后的半成品經(jīng)粉碎后得到221. 1 公斤縮合磷酸鋁產(chǎn)品。實(shí)例3:將45公斤工業(yè)級(jí)98 %的氫氧化鋁、190公斤工業(yè)級(jí)85 %的磷酸和1公斤水，倒入帶攪拌槳的高壓反應(yīng)釜中，加入46L水，將反應(yīng)釜密閉，設(shè)定反應(yīng)溫度130°C，開始攪拌升溫。壓力上升到0. ^Mpa后，開始計(jì)時(shí)。5小時(shí)后，打開泄氣閥泄壓。將反應(yīng)得到的白色料液全部移入煅燒爐，在500-600°C溫度下煅燒8小時(shí)，經(jīng)煅燒后的半成品經(jīng)粉碎后得到178. 8 公斤縮合磷酸鋁產(chǎn)品。實(shí)例4:將52公斤工業(yè)級(jí)98 %的氫氧化鋁、225公斤工業(yè)級(jí)85 %的磷酸和15公斤水，倒入帶攪拌槳的高壓反應(yīng)釜中，加入50L水，將反應(yīng)釜密閉，設(shè)定反應(yīng)溫度150°C，開始攪拌升溫。壓力上升到0.48Mpa后，開始計(jì)時(shí)。2小時(shí)后，打開泄氣閥泄壓。將反應(yīng)得到的白色料液全部移入煅燒爐，在600-700°C溫度下煅燒7小時(shí)，經(jīng)煅燒后的半成品經(jīng)粉碎后得到180 公斤縮合磷酸鋁產(chǎn)品。實(shí)例5 將47公斤工業(yè)級(jí)98 %的氫氧化鋁、200公斤工業(yè)級(jí)85 %的磷酸和30公斤水，倒入帶攪拌槳的高壓反應(yīng)釜中，加入48L水，將反應(yīng)釜密閉，設(shè)定反應(yīng)溫度200°C，開始攪拌升溫。壓力上升到2Mpa后，開始計(jì)時(shí)。0.5小時(shí)后，打開泄氣閥泄壓。將反應(yīng)得到的白色料液全部移入煅燒爐，在700-800°C溫度下煅燒5小時(shí)，經(jīng)煅燒后的半成品經(jīng)粉碎后得到165公斤縮合磷酸鋁產(chǎn)品。實(shí)例6 將53公斤工業(yè)級(jí)98 %的氫氧化鋁、2 公斤工業(yè)級(jí)85 %的磷酸和45公斤水，倒入帶攪拌槳的高壓反應(yīng)釜中，加入50L水，將反應(yīng)釜密閉，設(shè)定反應(yīng)溫度180°C，開始攪拌升溫。壓力上升到1.5Mpa后，開始計(jì)時(shí)。7小時(shí)后，打開泄氣閥泄壓。將反應(yīng)得到的白色料液全部移入煅燒爐，在800-900°C溫度下煅燒3小時(shí)，經(jīng)煅燒后的半成品經(jīng)粉碎后得到186公斤縮合磷酸鋁產(chǎn)品。縮合磷酸鋁系列產(chǎn)品應(yīng)用效果應(yīng)用實(shí)施例1 本發(fā)明的固化劑用縮合磷酸鋁應(yīng)用于秦皇島某防腐材料公司的耐酸膠泥。該耐酸膠泥配方如下(重量份數(shù))原料名稱鈉水玻璃固化劑鑄石粉石英粉瓷粉配料比例1008-15 225-270 220-250 200-250以上配方所用的固化劑為實(shí)例1、2和3的縮合磷酸鋁。按以上配方經(jīng)攪拌而成耐酸膠泥，用以砌筑耐酸石材或耐酸磚板，也可用于膠泥涂抹。施工硬化后的膠泥經(jīng)7天保養(yǎng)(20°C 士2°C )、酸化處理后，其物理性能可達(dá)到下列指標(biāo)耐壓強(qiáng)度> 35Mp ；抗折強(qiáng)度> 3. OMpa ；粘和強(qiáng)度> 3. OMpa ；吸油率< 8%;收縮率< 4. 8%o ；泡脹率約0. 43%。；彈性模量約1. 96X104 ；耐溫性> 200°C ；熱膨脹分?jǐn)?shù) 約5. 9X10-6 (50°C -200°C )。該公司生產(chǎn)的耐酸膠泥經(jīng)多年的使用，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠，表明本發(fā)明的固化劑用縮合磷酸鋁可完全代替氟硅酸鈉在水玻璃中的使用。
應(yīng)用實(shí)施例2:本發(fā)明的陶瓷用縮合磷酸鋁應(yīng)用于廣東佛山某陶瓷公司的陶瓷釉料中。陶瓷釉料配方如下原料名稱鉀長(zhǎng)石鈉化石氧化鋅氧化鋁石灰石滑石粉碳酸鋇縮合磷酸鋁配料比例5-10 30-45 1-5 1-3 10-25 8-201-3 15-25以上配方所用的縮合磷酸鋁為實(shí)例4、5和6的縮合磷酸鋁。該公司的科技人員利用本發(fā)明的縮合磷酸鋁成功開發(fā)出一種新型高檔裝飾防滑釉，并具有特殊金色光澤。該公司認(rèn)為本發(fā)明的縮合磷酸鋁符合此種釉料的配方要求，并降低了原來(lái)的配方成本的30-40%，極大地促進(jìn)了該類釉料的推廣與運(yùn)用范圍。
權(quán)利要求
1.一種縮合磷酸鋁的合成方法，其特征在于以磷酸和氫氧化鋁為原料，先在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)高溫煅燒制成，其工藝包括如下步驟(1)將磷酸、氫氧化鋁和水，加入反應(yīng)釜中，將反應(yīng)釜密閉后，攪拌升溫，溫度控制在 IlO0C- 200°C，反應(yīng)0. 5h~ 12h，得到白色料液；(2)將得到的白色料液放入煅燒爐，在300-900°C溫度下煅燒3-12小時(shí)，粉碎，得成Pm ；所述的磷酸、氫氫化鋁和水的摩爾比為2. 5-3 1 0.01-5。
2.權(quán)利要求1所述的縮合磷酸鋁合成方法得到的縮合磷酸鋁產(chǎn)品在陶瓷中作為功能性材料的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以磷酸和氫氧化鋁為原料，先在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行反應(yīng)，再經(jīng)高溫煅燒的工藝合成縮合磷酸鋁的方法，該產(chǎn)品具有無(wú)毒、環(huán)保高效的特點(diǎn)，能代替氟硅酸鈉作為水玻璃的固化劑和用于陶瓷中可產(chǎn)生特殊金色光澤和制造一種新型高檔裝飾防滑釉的作用。
文檔編號(hào)C04B35/63GK102303856SQ201110211269
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者何承恒, 俞于懷, 吳良, 廖歡, 李開成, 胡容平 申請(qǐng)人:廣西三晶化工科技有限公司, 廣西壯族自治區(qū)化工研究院, 廣西新晶科技有限公司