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CN112875735B - 一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法 - Google Patents

一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法。本发明在较高温度下加入晶种，随后经过一定时间的降温种分分解后，对浆液老化处理，随后将浆液升温至较高温度，维持一定停留时间后，将所得的氢氧化铝浆液过滤，洗涤滤饼至pH为7.0‑9.0左右，将滤饼干燥、分散，得到高结晶强度的超细氢氧化铝产品。

Description

一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法
技术领域
本发明涉及超细氢氧化铝的生产方法，是一种高结晶强度超细氢氧化铝的生产方法。
背景技术
超细氢氧化铝是世界上用量最大的无机阻燃剂，在阻燃剂领域有着极其重要的地位。但由于氢氧化铝是无机物，与一些有机高分子材料的有较差的相容性，如果结晶不完善造成附聚问题，晶体颗粒间不一致程度高，易造成在高分子材料内部分散不均匀，导致高分子材料制品在加工过程中，温度不稳定，从而导致最终塑料制品性能下降，同时影响加工效率。目前进口的超细氢氧化铝其001面的结晶强度普遍较高，其价格也比国内同类超细氢氧化铝价格高出30％以上。改善超细氢氧化铝的结晶性能，提高其相容性，一直是超细氢氧化铝行业的主要研究方向。
超细氢氧化铝的吸油值是体现相容性的一个关键技术指标，对树脂的加工性能(如挤出速度、加工温度等)和加工后的性能(如熔融指数、断裂伸长率、拉伸强度等)具有重要影响。同等条件下，在加入高分子材料后，氢氧化铝的吸油值越小，高分子材料的熔融指数越高，越容易挤出加工，同时断裂伸长率、拉伸强度等性能也有一定的提升。因而，如何降低产品的吸油值是超细氢氧化铝生产行业的重要研究方向。
目前氢氧化铝种分工艺流程中，缺乏对结晶过程的有效控制，导致氢氧化铝在铝酸钠溶液中的成晶过程杂乱，产品夹杂一些细微杂晶；此外，由于超细氢氧化铝晶体表面存在二次成核的现象，会影响晶体的形态，多种因素影响下，导致超细氢氧化铝的结晶强度不高，吸油值也较高。目前市场主流超细氢氧化铝产品的吸油值，一般在35ml蓖麻油/100g超细氢氧化铝左右，不能满足下游客户的更高要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种新的种分法生产超细氢氧化铝的方法，以提高结晶质量、降低吸油值，从而提高产品与有机材料的相容性。
本发明的方法包括下面的步骤：
(1)将氢氧化铝晶种加入至具有第一温度的铝酸钠溶液，开始种分过程，得到第一浆液；
(2)将第一浆液的温度逐步降低至第二温度，并进行老化，得到第二浆液；
(3)将第二浆液升高至一第三温度，得到第三浆液，所述第三温度比所述第一温度高7-9℃；
(4)所述第三浆液中粒径基本为正态分布时，过滤浆液，并洗涤滤饼，然后干燥、分散，得到高结晶强度的超细氢氧化铝干粉。
本发明中，将氢氧化铝晶种加入至高温铝酸钠精液，诱导铝酸钠溶液析出氢氧化铝，通过调整过饱和度和化学势，改善氢氧化铝001晶面的生长，并解决颗粒的团聚问题，从而实现超细氢氧化铝结晶强度的提升，同时提高了产品的性能。
在一种典型实施方式中，铝酸钠溶液的苛性比值αk为1.3-1.8，优选为1.4-1.6；所述第一温度为72℃-90℃，优选值为78-85℃。在第一温度反应的时间可以3-10小时，优选在3-6小时。
在另一个实施方式中，所述第二温度为30℃-62℃，优选值为35-55℃，更优选40-55℃。降温方式可以为匀速降温或不匀速降温，优选为匀速降温。匀速降温的情况下，降温速度控制在0.3-3℃/h。降温之后，进行老化反应，老化反应的时间可以在1-80h，优选值15-50h。
本发明中，作为优选，步骤(3)中所述第三温度为65℃-90℃。可以匀速或非匀速升温，其中优选匀速升温，升温速度为优选为10-80℃/h。
步骤(4)中，用激光粒度仪检测第三浆料中的颗粒粒径，当判断基本呈正态分布时，经过过滤、洗涤和分散，得到超细氢氧化铝干粉。本发明所得产品的中位粒径通常为1.2-5μm，优选值为1.8-2.8μm。
通过本发明方法获得的产品，其001晶面衍射峰强度高于7500CPS，相容性高，吸油值可达到26mL蓖麻油/100g氢氧化铝以下。相比国内外同类超细氢氧化铝产品，性能有明显提高。
附图说明
图1是实施例1制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图；
图2是实施例2制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图；
图3是实施例3制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图；
图4是实施例4制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图；
图5是对比例1制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图；
图6是对比例2制备的超细氢氧化铝形貌的XRD衍射图；
图7是实施例1制备的超细氢氧化铝形貌的扫描电镜(SEM)图；
图8是实施例2制备的超细氢氧化铝形貌的扫描电镜(SEM)图；
图9是实施例3制备的超细氢氧化铝形貌的扫描电镜(SEM)图；
图10是实施例4制备的超细氢氧化铝形貌的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
下面以具体实施例例举说明本发明的实施方式。
实施例1
(1)将α-Al(OH)3与蒸馏水按照1：3质量比混合，使用球磨机粉碎混合物中Al(OH)3至D50粒径为1.05μm，得到浆状悬浮液混合物；
(2)将(1)所述浆状悬浮液混合物按晶种比8％，加入至αk为1.45，Nk为150g/L，温度为80℃的铝酸钠过饱和溶液中，按1℃/h的速率，匀速降温分解至铝酸钠溶液温度为40℃，αk为2.75，老化20h；
(3)将(2)最终所得浆液，按20℃/h的速率升温至78℃，停留0.5h后，氢氧化铝湿颗粒粒径分布形态为近似正态均匀分布，得到浆液(3)；
(4)将(3)所得浆液过滤，滤饼洗涤至pH为8.2，干燥、分散，得到D50粒度为2.2μm的超细氢氧化铝粉体，XRD测试其001晶面衍射峰强度为8256cps，比表面积为3.2982m2/g，吸油值为25mL蓖麻油/100g氢氧化铝；
实施例2
(1)将β-Al(OH)3与蒸馏水按照1：3质量比混合，使用球磨机粉碎混合物中Al(OH)3至D50粒径为1.03μm，得到浆状悬浮液混合物；
(2)将(1)所述浆状悬浮液混合物按晶种比2.2g/L，加入至αk为1.45，Nk为150g/L，温度为82℃的铝酸钠过饱和溶液中，按0.8℃/h的速率，匀速降温分解至铝酸钠溶液温度为45℃，αk为2.83，老化30h；
(3)将(2)最终所得浆液，按15℃/h的速率升温至83℃后，氢氧化铝湿颗粒粒度分布形态基本为正态分布时，得到浆液；
(4)将(3)最终所得浆液过滤，洗涤滤饼至pH为8.3，干燥、分散，得到D50粒度为2.0μm的超细氢氧化铝粉体，XRD测试001晶面衍射峰强度为8021cps，比表面积为2.4591m2/g，吸油值为26mL蓖麻油/100g氢氧化铝。
实施例3
(1)将β-Al(OH)3与蒸馏水按照1：3质量比混合，使用球磨机粉碎混合物中Al(OH)3至D50粒径为1.03μm，得到浆状悬浮液混合物；
(2)将(1)浆状悬浮液混合物按晶种比2.2g/L，加入至αk为1.51，Nk为152g/L，温度为73℃的铝酸钠过饱和溶液中，按照不匀速降温条件，先在76℃停留5h，再按1℃/h的速率，降温至70℃，再按5℃/h的速率降温至60℃，随后自然风冷却降温至45℃，αk为2.72，老化45h；
(3)将(2)所得最终浆液，按15℃/h的速率升温至77℃，停留3min后，氢氧化铝湿颗粒粒度基本为正态分布，得到浆液；
(4)将所得浆液过滤，洗涤滤饼至pH为9.2，干燥、分散，得到D50粒度为2.2μm的超细氢氧化铝粉体，XRD测试001晶面衍射峰强度为7699cps，比表面积为3.0481m2/g，吸油值为24mL蓖麻油/100g氢氧化铝。
实施例4
(1)将85g/L硫酸铝溶液按硫酸铝：氧化铝，摩尔比1：6，加入至αk为1.45，Nk为146g/L，温度为40℃的铝酸钠溶液中，搅拌4h后，得到悬浮液；
(2)将悬浮液按晶种比8％，加入至αk为1.51，Nk为152g/L，温度为73℃的铝酸钠过饱和溶液中，按照不匀速降温条件，先在76℃停留5h，再按1℃/h的速率，降温至70℃，再按5℃/h的速率降温至60℃，随后自然风冷却降温至32℃，αk为2.72，停留45h，得到浆料(1)；
(3)将所得浆料(1)按15℃/h的速率升温至71℃，停留3h后，氢氧化铝粒度分布基本为正态分布，得到浆料(2)；
(4)将浆料(2)过滤，洗涤滤饼至pH为9.2，干燥、分散，得到D50粒度为2.4μm的超细氢氧化铝粉体，XRD测试001晶面衍射峰强度为7607cps，比表面积为3.8526m2/g，吸油值为26mL蓖麻油/100g氢氧化铝，钠含量为691ppm。
对比例1
将实施例1中将(1)所述浆状悬浮液混合物按晶种比8％，加入至αk为1.45，Nk为150g/L，温度为63℃的铝酸钠过饱和溶液中，恒温分解至αk为2.75，所得的浆液过滤，洗涤滤饼至pH为8.6，干燥、分散，得到D50粒度为2.1μm的超细氢氧化铝粉体，XRD测试001晶面衍射峰强度为5537cps，吸油值为36mL蓖麻油/100g氢氧化铝，钠含量为891ppm。
对比例2：
将实施例1中所得浆状悬浮液混合物按晶种比8％，加入至αk为1.45，Nk为150g/L，温度为63℃的铝酸钠过饱和溶液中，恒温分解至αk为2.75，之后升温至75℃，停留2h，所得的浆液过滤，洗涤滤饼至pH为8.6，干燥、分散，得到D50粒度为2.1μm的超细氢氧化铝粉体，XRD测试001晶面衍射峰强度为6153cps，吸油值为35mL蓖麻油/100g氢氧化铝，钠含量为862ppm。
对比例3
将实施例2制得的浆状悬浮液混合物按晶种比2.2g/L，加入至αk为1.45，Nk为150g/L，温度为81℃的铝酸钠过饱和溶液中，按0.8℃/h的速率，匀速降温分解至铝酸钠溶液温度为45℃，αk为2.83，停留30h，所得的浆液过滤，洗涤滤饼至pH为8.5，干燥、分散，得到D50粒度为5.5μm，粒度分布不均匀的氢氧化铝粉体，已达不到超细氢氧化铝粉体的粒度分布要求，同时其001晶面衍射峰强度仅为6265。
为本发明的目的而在本文中选用的实施例，应理解为说明性的，而非限制本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明实质和范围的前提下，对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超细氢氧化铝的生产方法，包括下面的步骤：
（1）将氢氧化铝晶种加入至具有第一温度的铝酸钠溶液，开始种分过程，得到第一浆液，所述第一温度为73℃-90℃；
（2）种分过程中，将第一浆液的温度逐步降低至第二温度，并进行老化，得到第二浆液，所述第二温度为30℃-62℃，所述老化的时长为1-80h；
（3）将第二浆液升高至一第三温度，得到第三浆液，所述第三温度是相对于所述第一温度上下浮动7℃的范围，所述第三温度为71℃-90℃；
（4）所述第三浆液中粒径基本为正态分布时，过滤浆液，并洗涤滤饼，然后干燥、分散，得到高结晶强度的超细氢氧化铝干粉。
2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述第一温度为75-85℃。
3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（1）中所述铝酸钠溶液的αk为1.3-1.8。
4.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（2）中的降温方式为匀速降温或不匀速降温。
5.根据权利要求4所述的生产方法，其特征在于，步骤（2）中的降温方式为匀速降温，降温速度为0.3-3℃/h。
6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（2）中所述老化的时长15-50h。
7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（3）中浆液（2）的升温方式为匀速升温，升温速度为10-80℃/h。
8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤（4）中所述超细氢氧化铝干粉D50粒径为1.2-5μm。
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