一種圓片狀磷酸鋁及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種圓片狀磷酸鋁及其制備方法。按鋁、磷元素的摩爾比為1：3～1：5，將含鋁與含磷化合物在40～100℃下反應10～30min，制得磷酸二氫鋁前驅(qū)體；加入5.5～17摩爾的去離子水，得到磷酸二氫鋁前驅(qū)體溶液；降溫至0～20℃，用堿溶液調(diào)節(jié)pH值至4～6，在0～20℃下保溫8～12h；反應結束后，經(jīng)洗滌、抽濾，去除雜質(zhì)，得到直徑為1～1.5μm的圓片狀磷酸鋁，其表面含有大量羥基，能進行進一步的改性處理，為新型高分子材料的研發(fā)、聚合物改性，及高性能化和多官能化提供了可能。本發(fā)明制備工藝具有溫度低，簡單易行的特點；所采取的前驅(qū)體濃度較高，反應時間短、產(chǎn)率高達85～90%，有利于批量生產(chǎn)。
【專利說明】一種圓片狀磷酸鋁及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磷酸鋁的制備方法，特別涉及一種圓片狀磷酸鋁及其制備方法。【背景技術】
[0002]磷酸鋁以突出的高溫性能、良好的粘接性能、優(yōu)異的介電性能和抗氧化性而著稱，作為制造特種玻璃的助熔劑、陶瓷、牙齒的粘結劑、防火涂料、高耐火特種水泥、紡織工業(yè)抗污劑、有機合成催化劑分子篩以及抗酸藥等而得到了廣泛的應用。
[0003]材料的性能不僅取決于化學結構，也與其形貌相關。目前市面上的磷酸鋁只為單一的球形，表面的活性基團較少，限制了其進一步的改性和應用。國內(nèi)外學者通過采用不同的制備工藝，獲得了球形、六方柱狀、樹枝狀等不同形貌的磷酸鋁。在阻隔材料等領域中，圓片狀材料有較好的優(yōu)勢。但是，目前為止，片狀磷酸鋁合成的報道極少。
[0004]Schwieger等人將擬薄水鋁石和磷酸反應，以氨水或氯化銨作為離子添加劑，于70 V下靜置24h或者室溫下6天及以上，制備了粒徑在45 m左右、厚度為4~5 m的六方片狀磷酸鋁，但是所合成的六方片狀磷酸鋁周圍有許多小粒徑的磷酸鋁(參見文獻:ff Schwieger, HMZ Altenschildesche, GT Kokotailo, CA Fyfe.Low temperaturesyntheses of highly-ordered framework materials: the aluminum phosphateammonium taranakite， Zeitchtift fur Anorganische und Allgemeine Chemie 1998，624: 1712-1717)。如果室溫下反應12h，合成的磷酸鋁中既有上述結晶磷酸鋁，又含有大量的無定型磷酸鋁。
[0005]Williams等人在 密封高壓環(huán)境中，于200°C下，當調(diào)節(jié)三乙胺:氧化鋁:五氧化二磷:x水溶膠中水的摩爾比(X)為10~20時，合成了最大直徑在I Pm左右六方片狀憐酸招(參見文獻:Y Wan, CD Williams, CVA Duke, JJ Cox.Systematic studies onthe effect of water content on the synthesis, crystallisation, conversion andmorphology of A1P04_5 molecular sieve, Journal of Materials Chemistry 2000， 10:2857-2862)。但是，該方法合成的磷酸鋁粒徑不均勻，而且六方片狀磷酸鋁中夾雜著球形磷酸鋁，所合成出的磷酸鋁團聚在一起，不利于應用。
[0006]2009年，魏連啟等人室溫下采用氨水調(diào)節(jié)磷酸二氫鋁透明溶液(0.1摩爾/升)的pH至2.4~5.0，該透明溶液在室溫下沒有晶體析出。通過在透明溶液中逐漸增加檸檬酸銨的濃度至1.5g/L，于90°C合成了 3~4iim圓片狀磷酸鋁(LQ Wei, SF Ye, YJ Tian,YS Xiej YF Chen.Effects of ammonium citrate additive on crystal morphology ofaluminum phosphate ammonium taranakite, Journal of Crystal Growth 2009，311:3359 - 3363)。由于該方法所采取的溫度較高，而磷酸二氫鋁透明溶液的濃度較低，不利于批量生產(chǎn)。
[0007]由上述現(xiàn)有技術可以看到，圓片狀磷酸鋁的合成方法有限。而已有的方法存在溫度高、產(chǎn)量低的問題。如何采用簡單易行的制備方法合成產(chǎn)量高、粒徑小、具有活性基團的圓片狀磷酸鋁仍然是一個挑戰(zhàn)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有有限的磷酸鋁合成方法存在的產(chǎn)量低、產(chǎn)品形狀不穩(wěn)定等方面的不足，提供一種生產(chǎn)周期短、產(chǎn)率高、且具有活性基團的圓片狀磷酸鋁及其制備方法。
[0009]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術方案是提供一種圓片狀磷酸鋁的制備方法，包括如下步驟:
1、按鋁元素與磷元素的摩爾比為1:3~1:5，將含鋁化合物與含磷化合物在溫度為40~100°C的條件下反應10~30min,得到磷酸二氫招前驅(qū)體；
2、在40~100°C的溫度條件下，加入5.5~17摩爾的去離子水，得到磷酸二氫鋁前驅(qū)體溶液；降溫至0~20°C,逐滴加入堿溶液,調(diào)節(jié)磷酸二氫招前驅(qū)體溶液的pH值至4~6,在0~20°C的溫度條件下保溫8~12h ;
3、反應結束后，經(jīng)洗滌、抽濾，去除雜質(zhì)后，得到一種直徑為I~1.5 的圓片狀磷酸招。
[0010]本發(fā)明技術方案還包括按上述制備方法得到的圓片狀磷酸鋁。
[0011]本發(fā)明技術方案的優(yōu)選方案是:所述的含鋁化合物為三氧化二鋁、氫氧化鋁、硝酸鋁、氯化鋁中的一種 ，或它們的任意組合；所述的含磷化合物為磷酸、磷酸二氫鈉、磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀中的一種，或它們的任意組合；所述的堿為濃度為5.0~10.0摩爾/升的氨水、氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液中的一種，或它們的任意組合。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所取得的有益效果是:
1、本發(fā)明的制備方法所采取的溫度低，具有工藝簡單易行的特點。
[0013]2、本發(fā)明制備方法所采取的前驅(qū)體濃度較高，反應時間短、有利于批量生產(chǎn)。
[0014]3、本發(fā)明所合成的圓片狀磷酸鋁直徑較小，僅為I~1.5 ym，拓展了磷酸鋁的應用范圍。
[0015]4、本發(fā)明所制備的圓片狀磷酸鋁表面含有大量羥基，為磷酸鋁的進一步改性與應用、新型高分子材料的研發(fā)、聚合物改性與高性能化、多官能化提供了可能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明實施例1提供的圓片狀磷酸鋁的合成示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例1提供的圓片狀磷酸鋁的掃描電子顯微鏡圖；
圖3是本發(fā)明實施例1提供的圓片狀磷酸鋁的紅外譜圖；
圖4是本發(fā)明實施例1提供的圓片狀磷酸鋁的X射線衍射譜圖；
圖5是本發(fā)明實施例1提供的圓片狀磷酸鋁的31P核磁共振譜圖；
圖6是本發(fā)明實施例1提供的圓片狀磷酸鋁的差示掃描量熱圖；
圖7是本發(fā)明實施例1提供的圓片狀磷酸鋁在氮氣氛圍下的熱失重曲線圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明技術方案作進一步的描述。
[0018]實施例1在80°C和攪拌下，Imol氫氧化鋁與3.5mol磷酸反應lOmin，制得磷酸二氫鋁前驅(qū)體。在所制得的磷酸二氫鋁前驅(qū)體中，加入5.5摩爾去離子水，得到磷酸二氫鋁前驅(qū)體溶液；將前驅(qū)體磷酸二氫鋁溶液降溫至(TC，向磷酸二氫鋁前驅(qū)體溶液中逐滴滴加濃度為8摩爾/升的氨水溶液直至溶液的PH值為4 ;在0°C下繼續(xù)9h ;反應結束后，洗滌、抽濾，去除雜質(zhì)，得到圓片狀磷酸鋁，產(chǎn)率為90.0%。該圓片狀磷酸鋁的合成反應式、掃描電子顯微鏡、紅外光譜、X射線衍射譜、31P核磁共振譜、差示掃描量曲線和熱失重曲線分別見附圖1、2、3、4、5、6和7。
[0019]參見附圖1，它是本發(fā)明提供的圓片狀磷酸鋁的合成反應式。
[0020]參見附圖2，它是本實施例提供的圓片狀磷酸鋁的掃描電子顯微鏡圖。從中可以看出，合成的磷酸鋁是規(guī)則的圓片狀結構，具有良好的分散性，粒徑基本相同，在I U m左右。
[0021]參見附圖3，它是本實施例提供的圓片狀磷酸鋁的紅外譜圖。474、714和1120 cnT1處的吸收峰分別是O - P - O、(P04)3_中P - O以及Al - O和P-O的組合振動的伸縮振動峰。1630 cm 1是水分子中O-H的伸縮振動，3244 cnT1和1400 cnT1處的NH4+的特征峰。以上結果說明合成的圓片狀磷酸鋁是帶有NH4+和水分子的磷酸鋁。表面結合水的存在給磷酸鋁表面提供了大量的羥基，為磷酸鋁的進一步改性與應用、新型高分子材料的研發(fā)、聚合物改性與高性能化、多官能化提供了可能。
[0022]參見附圖4，它是本實施例提供的圓片狀磷酸鋁的X射線衍射譜圖。其在6°的特征吸收峰驗證了其是NH4+-taranakite型磷酸招(JSD 00-028-0041)。該圓片狀磷酸招的元素分析EDS數(shù)據(jù)表明含有氮元素，驗證了 NH4+的存在，圓片狀磷酸鋁的EDS數(shù)據(jù)結果參見表
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[0023]表1
【權利要求】
1.一種圓片狀磷酸鋁的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (1)按鋁元素與磷元素的摩爾比為1:3~1:5，將含鋁化合物與含磷化合物在溫度為.40~100°C的條件下反應10~30min,得到磷酸二氫招前驅(qū)體； (2)在40~100°C的溫度條件下，加入5.5~17摩爾的去離子水，得到磷酸二氫鋁前驅(qū)體溶液；降溫至0~20°C，逐滴加入堿溶液，調(diào)節(jié)磷酸二氫鋁前驅(qū)體溶液的pH值至4~.6，在0~20°C的溫度條件下保溫8~12h ; (3)反應結束后，經(jīng)洗滌、抽濾，去除雜質(zhì)后，得到一種直徑為I~1.5 的圓片狀磷酸招。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種圓片狀磷酸鋁的制備方法，其特征在于:所述的含鋁化合物為三氧化二鋁、氫氧化鋁、硝酸鋁、氯化鋁中的一種，或它們的任意組合。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種圓片狀磷酸鋁的制備方法，其特征在于:所述的含磷化合物為磷酸、磷酸二氫鈉、磷酸二氫銨、磷酸二氫鉀中的一種，或它們的任意組合。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種圓片狀磷酸鋁的制備方法，其特征在于:所述的堿為濃度為5.0~10.0摩爾/升的氨水、氫氧化鈉水溶液、氫氧化鉀水溶液中的一種,或它們的任意組合。
5.一種按權利要求1、2、3或4所述的制備方法得到的圓片狀磷酸鋁。
【文檔編號】C01B25/36GK103787296SQ201410031641
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月23日 優(yōu)先權日:2014年1月23日
【發(fā)明者】梁國正, 游秋琴, 顧嬡娟, 袁莉 申請人:蘇州大學