超细氢氧化铝的制备及提高其热稳定性技术研究

摘要

我国主要采用铝酸钠溶液晶种分解法制备超细氢氧化铝，生产中易存在产品粒度分布宽、颗粒形貌难以有效控制等问题。由于氢氧化铝分解温度低，在与有机高聚物加工过程中易分解，影响产品的使用性能，限制了其应用范围。为了解决超细氢氧化铝在生产和应用过程中存在的问题，为生产工艺优化和新产品开发提供理论指导，对其制备过程进行了系统研究，并开发了提高其热稳定性技术。 论文利用激光粒度分析仪、扫描电子显微镜、表面电位仪、动态光散射粒度分析仪、浆体分散稳定性分析仪、电子束微区分析（EDS）等测试手段和分析方法，首次对铝酸钠溶液晶种分解制备超细氢氧化铝过程进行了系统研究，开发了氢氧化铝颗粒形貌控制及提高氢氧化铝阻燃剂热稳定性技术。主要结论和创新点如下： 1）研究了分解温度、凝胶种子率、分解时间、铝酸钠溶液浓度等主要因素对铝酸钠溶液分解析出氢氧化铝过程中分解率、析出氢氧化铝粒度的影响。首次系统研究了凝胶晶种在分解过程中的作用，通过在线检测反应过程中体系的温度变化，结合铝酸钠溶液分解过程中分解液成分分析等，提出了凝胶晶种制备超细氢氧化铝的可能机理。 2）根据分形理论，将粒度分布维数与超细氢氧化铝粒度分布的质量相关联，系统研究了温度、种子率等主要因素对铝酸钠溶液分解析出超细氢氧化铝粒度分布分维数的影响。发现从铝酸钠溶液中析出超细氢氧化铝的粒度分布具有分形特征，粒度分布宽度与其粒度分布分维数是对应的，粒度分布分维数可为颗粒粒度分布质量提供更为可靠的判据。 3）系统研究了铝酸钠溶液中Na2CO3和Na2SO4杂质对铝酸钠溶液分解过程中分解率、析出氢氧化铝粒度分布的影响，对其影响机理进行了分析。Na2CO3和Na2SO4杂质的存在，降低了铝酸钠溶液的分解率，使分解析出氢氧化铝的粒度粗化，析出氢氧化铝晶体颗粒群的分维数随溶液中碳酸钠和硫酸钠杂质浓度的增加而不断增大。Na2SO4对分解率及超细氢氧化铝粒度分布的影响均大于Na2CO3。 4）首次对铝酸钠溶液添加凝胶晶种分解制备超细氢氧化铝动力学进行了系统研究。通过研究分解温度、苛性碱浓度、种子率以及铝酸钠溶液浓度等对分解动力学的影响，得到了铝酸钠溶液添加凝胶晶种分解动力学方程。根据动态光散射粒度检测和扫描电镜结果，提出了种分制备超细氢氧化铝晶体生长机理。 5）系统研究了电解质分散剂、高分子表面活性剂对超细氢氧化铝粉体的表面电性能、分散稳定性及水基浆体流变性的影响。电解质浓度及种类影响粉体的表面电位值，高价离子对粉体表面电位有较大的影响。添加少量的电解质类分散剂可以使粉体依靠静电排斥机制而分散。另外，浆体中加入适量的无机电解质和高分子表面活性剂可以改善浆体的流变行为，降低浆体表观粘度，并提出了添加剂对浆体流变性影响的作用机理。 6）研究了超细氢氧化铝粉体颗粒形貌控制技术。通过在铝酸钠溶液分解过程中添加少量的多羟基或羧基类有机添加剂作为晶习改性剂，控制晶体的生长，制取了片状氢氧化铝；采用微乳液法，使氢氧化铝晶体在模板剂的作用下定向生长，制备出了球形的微米级氢氧化铝，并研究了有机添加剂对晶体生长过程的影响机理。 7）紧密结合现有的氢氧化铝生产流程，开发了以单流反向加料、添加分散剂和有机改性剂为关键技术的高热稳定性氢氧化铝镁复合阻燃剂制备新工艺，解决了超细粉体的分散与团聚问题，提高了无机材料与有机高分子材料间的相容性，为改善超细氢氧化铝阻燃剂的使用性能提供了经济可行的技术。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2超细氢氧化铝的性能、制备及应用

1.2.1氢氧化铝的性质

1.2.2超细氢氧化铝的制备方法

1.2.3超细氢氧化铝的应用

1.3铝酸钠溶液分解过程动力学及其结晶机理

1.3.1铝酸钠溶液分解动力学

1.3.2铝酸钠溶液析出氢氧化铝的机理

1.4提高氢氧化铝热稳定性技术研究现状

1.5超细氢氧化铝浆体的流变性及其发展趋势

1.5.1非牛顿型流体的类型

1.5.2超细粉体悬浮浆液流变性质的影响因素

1.5.3超细氢氧化铝浆体流变性研究现状

1.5.4超细氢氧化铝的发展趋势

1.6课题的提出及本论文工作

1.6.1研究背景

1.6.2本课题的工作内容及目的

第二章铝酸钠溶液种分制备超细氢氧化铝过程研究

2.1前言

2.2铝酸钠溶液种分制备氢氧化铝粒度控制理论

2.3实验

2.3.1实验原料

2.3.2实验设备

2.3.3实验方法

2.4凝胶晶种的制备及其在分解过程中的作用

2.4.1氢氧化铝凝胶晶种的制备

2.4.2凝胶晶种在分解过程中的作用

2.5影响铝酸钠溶液分解制备超细氢氧化铝的主要因素

2.5.1温度对铝酸钠溶液分解制备超细氢氧化铝过程的影响

2.5.2种子率对铝酸钠溶液分解过程的影响

2.5.3铝酸钠溶液浓度对分解过程的影响

2.5.4分解原液苛性比对分解过程的影响

2.5.5分解时间对氢氧化铝平均粒度的影响

2.6硫酸钠和碳酸钠杂质对铝酸钠溶液分解的影响

2.7工业拜耳法精液净化分解制备超细氢氧化铝扩大实验

2.7.1一段分解制备超细氢氧化铝工艺

2.7.2铝酸钠溶液的净化

2.7.3铝酸钠净化液种子分解制备超细氢氧化铝试验

2.8本章小结

第三章种分制备超细氢氧化铝的粒度分布及其主要影响因素

3.1前言

3.2粉体粒度分布的分形特征

3.3实验

3.3.1实验原料及设备

3.3.2实验方法

3.4温度对分解制备超细氢氧化铝颗粒群粒度分布的影响

3.5种子率对种分氢氧化铝粒度分布的影响

3.6氧化铝初始浓度对种分氢氧化铝粒度分布的影响

3.7分解时间对氢氧化铝晶体粒度分布的影响

3.8铝酸钠溶液中硫酸钠和碳酸钠杂质对氢氧化铝粒度分布的影响

3.8.1碳酸钠杂质对氢氧化铝粒度分布的影响

3.8.2硫酸钠对氢氧化铝粒度分布的影响

3.9本章小结

第四章铝酸钠溶液种分制备超细氢氧化铝动力学研究

4.1前言

4.2实验

4.2.1实验原料及设备

4.2.2实验方法

4.3铝酸钠溶液中氧化铝的平衡溶解度

4.4铝酸钠溶液分解制备超细氢氧化铝动力学模型

4.4.1不同温度下模型参数的测定

4.4.2不同苛性碱浓度下模型参数的测定

4.4.3与初始晶种种子率关联的模型参数测定

4.4.4常数k2计算与速率方程

4.5超细氢氧化铝晶体生长机理分析

4.6本章小结

第五章超细氢氧化铝浆体流变性及颗粒形貌控制研究

5.1前言

5.2实验

5.2.1实验原料

5.2.2实验仪器及设备

5.2.3实验方法

5.3超细氢氧化铝粉体表面电性能研究

5.3.1 pH值对超细氢氧化铝表面电位的影响

5.3.2温度对超细氢氧化铝表面电位的影响

5.3.3电解质对超细氢氧化铝粉体表面电位的影响

5.3.4分散剂浓度对超细氢氧化铝表面电位的影响

5.4超细氢氧化铝水基浆体的流变性

5.4.1相体积分率对氢氧化铝浆体流变性的影响

5.4.2温度对氢氧化铝浆体流变性的影响

5.4.3 pH值对浆体流变性能的影响

5.4.4超细氢氧化铝浆体的触变性

5.4.5超细氢氧化铝颗粒形貌对浆体的流变性影响

5.4.6添加剂对氢氧化铝浆体流变性的影响

5.5无机电解质对浆体悬浮稳定性的影响

5.5.1硅酸钠添加量对浆体悬浮稳定性的影响

5.5.2六偏磷酸钠添加量对浆体悬浮稳定性的影响

5.6超细氢氧化铝颗粒形貌控制研究

5.6.1片状氢氧化铝的制备

5.6.2球形氢氧化铝的制备

5.7本章小结

第六章提高超细氢氧化铝阻燃剂热稳定性技术研究

6.1前言

6.2实验

6.2.1实验原料

6.2.2主要实验设备

6.2.3分析方法

6.3高热稳定性铝镁复合阻燃剂的制备

6.3.1铝镁复合阻燃剂制备工艺研究

6.3.2铝镁复合阻燃剂的湿法改性

6.4高热稳定性铝镁复合阻燃剂制备扩大试验

6.4.1铝镁复合阻燃剂扩大实验工艺条件确定

6.4.2铝镁复合阻燃剂制备扩大实验流程及主要设备

6.4.3铝镁复合阻燃剂制备扩大实验

6.4.4铝镁复合阻燃剂湿法改性与洗涤扩大试验

6.4.5铝镁复合阻燃剂应用性能评价

6.5本章小结

第七章结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间的主要研究成果