專利名稱：一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，涉及一種用于阻燃塑料、橡膠制備過(guò)程中阻燃添加劑氫氧化鋁的制備方法。
背景技術(shù)：
氫氧化鋁在受熱時(shí)能發(fā)生脫水吸熱反應(yīng)，并且分解后生產(chǎn)的氧化物熔點(diǎn)高，熱穩(wěn)定好，覆蓋于燃燒物表面阻擋熱傳導(dǎo)和熱輻射，因而其在塑料、橡膠等需要阻燃的領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣闊的應(yīng)用。盡管其阻燃性能突出，且原料來(lái)源豐富、價(jià)格低廉，但其作為阻燃劑時(shí)仍然存在著一些急需解決的問(wèn)題，主要表現(xiàn)為①為使材料達(dá)到一定的阻燃級(jí)別，需要的添加量較大，從而造成材料的物理性能嚴(yán)重惡化，生產(chǎn)成本增加；②氫氧化鋁的初始脫水溫度較低，一般在180-200℃之間，這嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范疇。所以，提高阻燃級(jí)氫氧化鋁的綜合阻燃性能意義重大。
超細(xì)化是提高氫氧化鋁阻燃性能的一個(gè)有效措施。超細(xì)化氫氧化鋁具有以下優(yōu)點(diǎn)①超細(xì)無(wú)機(jī)剛性粒子可對(duì)高分子材料起到增韌增強(qiáng)效果，因此超細(xì)ATH粒子不僅使體系阻燃性能提高，也可解決其影響力學(xué)性能這一難題；②超細(xì)粒度的氫氧化鋁也能夠增加與阻燃聚合物基體之間的接觸面積，增強(qiáng)兩者界面相互作用的能力，從而能更有效地改善兩者的相容性和共混料的力學(xué)性能；③ATH顆粒的超細(xì)化后，同樣的使用量，由于ATH的比表面積大幅度提高，是粒子表面水蒸氣分壓下降，所以一定程度上可以提高阻燃效果。如ATH平均粒徑為5μm時(shí)，氧指數(shù)為28，當(dāng)平均粒徑為1μm時(shí)，氧指數(shù)為33；④超細(xì)化后，有可能提高ATH的耐熱性能。⑤ATH顆粒的超細(xì)化，還有助于合成材料成品光滑度的提高以及其它力學(xué)、電學(xué)性能的改善，這在電纜護(hù)套和電器開(kāi)關(guān)殼制品中尤為重要。
另外，提高氫氧化鋁熱穩(wěn)定性也意義重大。目前工業(yè)上采用偶聯(lián)劑等對(duì)氫氧化鋁粉體進(jìn)行表面包覆改性處理，這只能改善氫氧化鋁的表面性質(zhì)、提高其與有機(jī)高分子材料的加工性能，而不能提高氫氧化鋁的熱穩(wěn)定性，并且生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述已有技術(shù)存在的不足，提供一種能有效生產(chǎn)阻燃劑級(jí)超細(xì)氫氧化鋁且能效提高氫氧化鋁熱分解初始失水溫度的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，制備過(guò)程是鋁酸鈉溶液進(jìn)行兩級(jí)或兩級(jí)以上種分過(guò)程得到種分完成后，自然沉降、過(guò)濾，水洗后烘干，得到d50在0.5-5μm、晶形為三水鋁石的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁；再將氫氧化鋁用含磷酸二氫銨的改性劑進(jìn)行改性處理。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程所用的鋁酸鈉溶液中氧化鋁濃度為80-160g/L，苛性比αk范圍為1.5-1.7。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程一級(jí)種分的晶種種子比為0.02-0.12，種分溫度為40-60℃，種分時(shí)間為2-10h；二級(jí)種分時(shí)，將一級(jí)種分后漿液加到裝有與一級(jí)分解槽同體積鋁酸鈉稀溶液的二級(jí)分解槽中，二級(jí)種分分解槽的溫度控制在40-60℃，種分時(shí)間10-20h。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程進(jìn)行三級(jí)種分時(shí)，將二級(jí)種分后漿液加到裝有與二級(jí)分解槽同體積鋁酸鈉稀溶液的三級(jí)分解槽中，三級(jí)種分分解槽的溫度與種分時(shí)間分別控制在40-60℃與10-20h。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程進(jìn)行多級(jí)種分時(shí)，將上一級(jí)種分后液與同體積鋁酸鈉稀溶液混合后進(jìn)行種分。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程每一級(jí)種分均加入0.2-0.5‰的PEG-1000。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程種分完成后，自然沉降、過(guò)濾后，水洗2-5次后在100-120℃烘干得到d50在0.5-5μm、晶形為三水鋁石的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程加入的晶種是通過(guò)向αk為1.5-1.7、Al2O3濃度為40-60g/L的鋁酸鈉溶液中，加入0.5-2mol/L的碳酸氫鈉反應(yīng)6-8h，反應(yīng)溫度控制在25-40℃，反應(yīng)的終點(diǎn)PH值控制在9.5～10，過(guò)濾該反應(yīng)液后得到高活性超細(xì)晶種。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程加入的晶種是通過(guò)向1.0-2.0mol/L的碳酸銨往0.2-0.8mol/L的硫酸鋁溶液滴加，邊加邊快速攪拌，反應(yīng)體系溫度控制在40-60℃，終點(diǎn)PH值控制在7-8，過(guò)濾該反應(yīng)體系后得到的高活性超細(xì)晶種。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程采用的改性劑為磷酸二氫銨。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程采用的改性劑為磷酸二氫銨+甘油，其中甘油在改性劑中所占的重量比為10％-30％。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程采用的改性劑為磷酸二氫銨+草酸，其中草酸在改性劑中所占的重量比為10％-30％。
本發(fā)明的制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備時(shí)的改性氫氧化鋁的制備過(guò)程是將相對(duì)于氫氧化鋁干質(zhì)量3％-10％的改性劑加入氫氧化鋁料漿中，在60～95℃下攪拌反應(yīng)60-90min后抽濾，用溫水洗滌3-5次，在110-120℃干燥6-12h；氫氧化鋁料漿中的固含量為15-50％。
采用本發(fā)明的方法，氫氧化鋁制備過(guò)程中用到了多次種分，所采取晶種通過(guò)鋁鹽與銨鹽、或鋁酸鈉溶液與碳酸鹽化學(xué)反應(yīng)制備；提高超細(xì)氫氧化鋁熱分解初始失水溫度采用的改性劑為磷酸二氫銨基化學(xué)原料。制備和阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁微粉的熱分解初始失水溫度可大于205℃。


圖1本發(fā)明實(shí)施例1所得氫氧化鋁微粉的SEM電鏡照片；圖2本發(fā)明實(shí)施例1所得氫氧化鋁微粉的XRD曲線；圖3本發(fā)明實(shí)施例1所得氫氧化鋁微粉的DSC-TGA曲線；圖4本發(fā)明實(shí)施例1所得改性氫氧化鋁微粉的DSC-TGA曲線；
圖5本發(fā)明實(shí)施例2所得改性氫氧化鋁微粉的DSC-TGA曲線。
下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，但決不是用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
具體實(shí)施例方式
一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，制備過(guò)程是將鋁酸鈉溶液進(jìn)行兩級(jí)或兩級(jí)以上種分過(guò)程，其中一級(jí)種分的晶種種子比為0.02-0.12，種分溫度為40-60℃，種分時(shí)間為2-10h；二級(jí)種分時(shí)，將一級(jí)種分后漿液加到裝有與一級(jí)分解槽同體積鋁酸鈉稀溶液的二級(jí)分解槽中，二級(jí)種分分解槽的溫度控制在40-60℃，種分時(shí)間10-20h；進(jìn)行多級(jí)種分時(shí)，將上一級(jí)種分后液與同體積鋁酸鈉稀溶液混合后進(jìn)行種分；種分后自然沉降、過(guò)濾后，水洗2-5次后在100-120℃烘干得到d50在0.5-5μm、晶形為三水鋁石的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁。制備過(guò)程每一級(jí)種分均加入0.2-0.5‰的PEG-1000。
制備過(guò)程加入的晶種是通過(guò)向αk為1.5-1.7、Al2O3濃度為40-60g/L的鋁酸鈉溶液中，加入0.5-2mol/L的碳酸氫鈉反應(yīng)6-8h，反應(yīng)溫度控制在25-40℃，反應(yīng)的終點(diǎn)PH值控制在9.5～10，過(guò)濾該反應(yīng)液后得到高活性超細(xì)晶種或是通過(guò)向1.0-2.0mol/L的碳酸銨往0.2-0.8mol/L的硫酸鋁溶液滴加，邊加邊快速攪拌，反應(yīng)體系溫度控制在40-60℃，終點(diǎn)PH值控制在7-8，過(guò)濾該反應(yīng)體系后得到的高活性超細(xì)晶種。
制備時(shí)的改性氫氧化鋁的制備過(guò)程是將相對(duì)于氫氧化鋁干質(zhì)量3％-10％的改性劑加入氫氧化鋁料漿中，在60～95℃下攪拌反應(yīng)60-90min后抽濾，用溫水洗滌3-5次，在110-120℃干燥6-12h；氫氧化鋁料漿中的固含量為15-50％。改性劑為磷酸二氫銨；或在改性劑中甘油占重量比為10％-30％磷酸二氫銨+甘油；或在改性劑中草酸占的重量比為10％-30％磷酸二氫銨+草酸。
實(shí)施例1以鋁酸鈉與碳酸氫鈉為原料所制備晶種，進(jìn)行兩級(jí)種分制備阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁，并用磷酸二氫銨作改性劑進(jìn)行改性。
第一步晶種的制備。
往αk為1.5、Al2O3濃度為40g/L的鋁酸鈉溶液中加入1mol/L的碳酸氫鈉反應(yīng)8h，反應(yīng)溫度控制在25～30℃，反應(yīng)的終點(diǎn)PH值控制在9.5～10，過(guò)濾所得沉淀即為晶種；
第二步兩級(jí)種分制備超細(xì)氫氧化鋁。
第一級(jí)種分的晶種種子比為0.08，種分溫度為60℃，種分時(shí)間為3h；二級(jí)種分時(shí)，將一級(jí)種分后漿液加到裝有與一級(jí)分解槽同體積鋁酸鈉稀溶液的二級(jí)分解槽中，二級(jí)種分分解槽的溫度控制在45℃，種分時(shí)間18h；每一級(jí)種分均加入0.2‰的PEG-1000。種分完成后，自然沉降、過(guò)濾，并水洗3次后在120℃烘干，即可得到d50在1.57μm、晶形為三水鋁石的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁。
從圖1可知，本實(shí)施例所得氫氧化鋁微粉的粒度基本均勻；從圖2可知，本實(shí)施例所得微粉具有典型的三水鋁石晶形。
第三步氫氧化鋁的改性處理。
將第二步所得濾餅用去離子水調(diào)成液固比為5∶1的料漿，然后往該料漿中加入相當(dāng)于氫氧化鋁干質(zhì)量5％的磷酸二氫銨，在90℃下攪拌反應(yīng)60min后抽濾，用溫水洗滌3次，在120℃干燥12h，即得改性氫氧化鋁微粉。圖3與圖4分別微本實(shí)施例改性前后氫氧化鋁微粉的DSC-TGA曲線，顯然，磷酸二氫銨改性處理提高了微粉的熱穩(wěn)定性，熱分解初始失水溫度由改性前的195.11℃提高到了改性后的207.88℃。
實(shí)施例2以碳酸銨與硫酸鋁為原料所制備晶種，進(jìn)行兩級(jí)種分制備阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁，并用磷酸二氫銨+甘油作改性劑進(jìn)行改性。
第一步晶種的制備。
將1.0mol/L的碳酸銨往0.5mol/L的硫酸鋁溶液滴加，邊加邊快速攪拌，反應(yīng)體系溫度控制在50℃，終點(diǎn)PH值控制在7.5，過(guò)濾該反應(yīng)體系后即得高活性超細(xì)晶種；第二步兩級(jí)種分制備超細(xì)氫氧化鋁。
步驟同實(shí)施例1的第二步。
第三步氫氧化鋁的改性處理。
基本步驟同實(shí)施例1的第三步，但所采用的改性劑為磷酸二氫銨+甘油，磷酸二氫銨與甘油的質(zhì)量比為8∶2。
圖5為本實(shí)施例所得改性氫氧化鋁微粉的DSC-TGA曲線。顯然，改性處理后氫氧化鋁微粉的熱分解初始失水溫度大于205℃。
權(quán)利要求
1.一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，制備過(guò)程是將鋁酸鈉溶液進(jìn)行兩級(jí)或兩級(jí)以上種分過(guò)程，種分完成后，自然沉降、過(guò)濾，水洗后烘干，得到d50在0.5-5μm、晶形為三水鋁石的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁；再將氫氧化鋁用含磷酸二氫銨的改性劑進(jìn)行改性處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程所用的鋁酸鈉溶液中氧化鋁濃度為80-160g/L，苛性比αk范圍為1.5-1.7。
3.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程一級(jí)種分的晶種種子比為0.02-0.12，種分溫度為40-60℃，種分時(shí)間為2-10h；二級(jí)種分時(shí)，將一級(jí)種分后漿液加到裝有與一級(jí)分解槽同體積鋁酸鈉稀溶液的二級(jí)分解槽中，二級(jí)種分分解槽的溫度控制在40-60℃，種分時(shí)間10-20h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程進(jìn)行三級(jí)種分時(shí)，將二級(jí)種分后漿液加到裝有與二級(jí)分解槽同體積鋁酸鈉稀溶液的三級(jí)分解槽中，三級(jí)種分分解槽的溫度與種分時(shí)間分別控制在40-60℃與10-20h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程進(jìn)行多級(jí)種分時(shí)，將上一級(jí)種分后液與同體積鋁酸鈉稀溶液混合后進(jìn)行種分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程每一級(jí)種分均加入0.2-0.5‰的PEG-1000。
7.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程種分完成后，自然沉降、過(guò)濾后，水洗2-5次后在100-120℃烘干得到d50在0.5-5μm、晶形為三水鋁石的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程加入的晶種是通過(guò)向αk為1.5-1.7、Al2O3濃度為40-60g/L的鋁酸鈉溶液中，加入0.5-2mol/L的碳酸氫鈉反應(yīng)6-8h，反應(yīng)溫度控制在25-40℃，反應(yīng)的終點(diǎn)PH值控制在9.5～10，過(guò)濾該反應(yīng)液后得到高活性超細(xì)晶種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程加入的晶種是通過(guò)向1.0-2.0mol/L的碳酸銨往0.2-0.8mol/L的硫酸鋁溶液滴加，邊加邊快速攪拌，反應(yīng)體系溫度控制在40-60℃，終點(diǎn)PH值控制在7-8，過(guò)濾該反應(yīng)體系后得到的高活性超細(xì)晶種。
10.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程采用的改性劑為磷酸二氫銨。
11.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程采用的改性劑為磷酸二氫銨+甘油，其中甘油在改性劑中所占的重量比為10％-30％。
12.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備過(guò)程采用的改性劑為磷酸二氫銨+草酸，其中草酸在改性劑中所占的重量比為10％-30％。
13.根據(jù)權(quán)利要求1述的一種制備初始失水溫度高的阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的方法，其特征在于制備時(shí)的改性氫氧化鋁的制備過(guò)程是將相對(duì)于氫氧化鋁干質(zhì)量3％-10％的改性劑加入氫氧化鋁料漿中，在60～95℃下攪拌反應(yīng)60-90min后抽濾，用溫水洗滌3-5次，在110-120℃干燥6-12h；氫氧化鋁料漿中的固含量為15％-50％。
全文摘要
本發(fā)明涉及阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁的制備，及提高其熱分解初始失水溫度的方法。特征在于阻燃級(jí)超細(xì)氫氧化鋁是將凈化后的鋁酸鈉溶液進(jìn)行兩級(jí)或兩級(jí)以上種分制得，氫氧化鋁微粉種分制備所采用的晶種通過(guò)鋁鹽與銨鹽、或鋁酸鈉溶液與碳酸鹽化學(xué)反應(yīng)制備；提高超細(xì)氫氧化鋁熱分解初始失水溫度采用的改性劑為磷酸二氫銨、磷酸二氫銨+甘油、磷酸二氫銨+草酸中的任何一種。本發(fā)明方法所制備改性氫氧化鋁具有205℃以上熱分解初始失水溫度，可以作為阻燃劑使用。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，適合工業(yè)生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C09K21/02GK1915828SQ20061012717
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月11日
發(fā)明者霍登偉, 馮曉明, 周向陽(yáng), 劉軼巍, 劉國(guó)艷, 劉延?xùn)|, 劉春利 申請(qǐng)人:中國(guó)鋁業(yè)股份有限公司