專利名稱：氫氧化鋁粉末的生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氫氧化鋁粉末的生產(chǎn)方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種在樹脂中作為高可充填填料的氫氧化鋁粉末的生產(chǎn)方法。
氫氧化鋁粉末廣泛地用作樹脂模制品中的填料。并且特別是在具有阻燃性的樹脂模制品領(lǐng)域中，其需求日益增加。
用作填料的氫氧化鋁粉末通常是通過將氫氧化鋁原料磨細(xì)而生產(chǎn)的，該氫氧化鋁原料是通過用振動(dòng)磨水解鋁酸鈉溶液而獲得的。
通常，希望在樹脂中充填大量的氫氧化鋁粉末以便提高樹脂模制品的阻燃性。然而，當(dāng)在樹脂中充填大量用該方法生產(chǎn)的氫氧化鋁粉末時(shí)，模制成型將受到影響，因此，在樹脂中充填數(shù)量較高的該粉末是困難的。
本發(fā)明的目的是提供一種能改善其在樹脂中的可充填性，并能夠在樹脂中大量充填的氫氧化鋁粉末的生產(chǎn)方法。
本發(fā)明人對(duì)在樹脂中能夠大量充填的氫氧化鋁粉末的生產(chǎn)方法進(jìn)行了細(xì)致深入的研究。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)通過用捏混攪拌機(jī)研磨氫氧化鋁原料生產(chǎn)的氫氧化鋁粉末可大量地充填在樹脂中。
也就是說，本發(fā)明提供了一種氫氧化鋁粉末的生產(chǎn)方法，該方法包括用捏混攪拌機(jī)研磨氫氧化鋁原料的步驟。
本發(fā)明實(shí)用性的另一范圍從以下給出的詳細(xì)描述中來看將變得顯而易見。然而，應(yīng)該認(rèn)為說明本發(fā)明優(yōu)選技術(shù)方案的詳細(xì)描述和具體的實(shí)施例僅以解釋的方式給出，因?yàn)樵诒景l(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍之內(nèi)對(duì)這些詳細(xì)的描述中作出各種修改，對(duì)于熟悉本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)的專業(yè)人員來說將是顯而易見的。
本發(fā)明所用的氫氧化鋁原料具有Al2O3·3H2O的組成通式，例如其晶體結(jié)構(gòu)是三水鋁石型、三羥鋁石型等結(jié)構(gòu)，而優(yōu)選的是三水鋁石型結(jié)構(gòu)。通常，該氫氧化鋁原料可通過以下方法生產(chǎn)。即將晶種加入到呈過飽和態(tài)的鋁酸鈉溶液中，在攪拌溶液的同時(shí)，溶液中的鋁酸鈉發(fā)生水解，從而沉淀出氫氧化鋁。過濾和清洗所得到的氫氧化鋁，接著干燥?；蛘撸部墒褂蒙藤?gòu)的氫氧化鋁，只要其具有上述組成式和晶體結(jié)構(gòu)就行。
氫氧化鋁原料優(yōu)選地是粉末。其二級(jí)顆粒的平均粒徑(以下稱作平均二級(jí)顆粒尺寸)大約是1-150微米，優(yōu)選5-70微米。初級(jí)顆粒的平均顆粒尺寸(以下稱作平均初級(jí)顆粒尺寸)大約是平均二級(jí)顆粒尺寸的1/8-1/2，優(yōu)選大約為平均二級(jí)顆粒尺寸的1/6-2/5。用激光散射衍射法可確定平均二級(jí)顆粒尺寸，同時(shí)用顯微鏡法可確定平均初級(jí)顆粒尺寸。
在本發(fā)明中，用捏混攪拌機(jī)研磨氫氧化鋁原料。捏混攪拌機(jī)有時(shí)稱捏和機(jī)。其是一種用于將粉末與樹脂相混合的設(shè)備。在本發(fā)明中，通過采用捏混攪拌機(jī)研磨氫氧化鋁原料可生產(chǎn)在樹脂中可大量充填的氫氧化鋁粉末。
在捏混攪拌機(jī)中，氫氧化鋁原料以固相存在，除此之外，通常還存在空氣等氣相和水等液相(有時(shí)也可沒有水等液相)。在研磨過程中在捏混攪拌機(jī)中存在的物質(zhì)的各種狀態(tài)可能對(duì)通過研磨而獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能有影響。因此，優(yōu)選地在固相、液相和氣相以下列狀態(tài)存在的條件下進(jìn)行研磨(a)干態(tài)，其中固相和氣相連續(xù)存在，而基本不存在液相，(b)Pendular態(tài)，其中固相和氣相連續(xù)存在，而液相不連續(xù)存在，或(c)Funicular Ⅰ態(tài)，其中固相、氣相和液相連續(xù)地存在。這樣一種狀態(tài)形成一種表面上看是干燥的粉末混合系統(tǒng)。
作為捏混攪拌機(jī)，可提到的有用剪切力對(duì)氫氧化鋁原料加壓從而對(duì)之捏混的設(shè)備。其實(shí)例包括共-捏和機(jī)、帶有加熱或冷卻裝置的捏混機(jī)、自清潔型捏混攪拌機(jī)、齒輪攪拌機(jī)、單螺旋型捏混攪拌機(jī)、雙螺旋型捏混攪拌機(jī)。捏混機(jī)可單獨(dú)使用，或兩個(gè)或多個(gè)結(jié)合起來使用。而且，盡管可使用間歇式或連續(xù)式的捏混攪拌機(jī)，但從減少單位重量的研磨能耗來看，連續(xù)型的捏混攪拌機(jī)是優(yōu)選的。當(dāng)使用連續(xù)型的捏混攪拌機(jī)時(shí)，未必要求將氫氧化鋁原料在部分捏混攪拌機(jī)中完全磨細(xì)。只要沿氫氧化鋁原料的輸送方向(軸向)的研磨度連續(xù)地增加就足夠了。
在捏練攪拌機(jī)中，在最大壓力下將氫氧化鋁原料研磨，最大壓力大約為5kgf/cm2(0.49MPa)或更高，優(yōu)選大約為10kgf/cm2(1.0MPa)或更高，和大約為500kgf/cm2(49.0MPa)或更少，優(yōu)選大約為200kgf/cm2(19.6MPa)或更少。
在螺旋型捏混攪拌機(jī)的情況下，例如可通過調(diào)整螺旋的形狀、長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)速、葉輪(具有將原料輸送到螺旋處的功能)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)從而調(diào)整壓力。
通常，氫氧化鋁原料包括由含有聚集的小顆粒的初級(jí)顆粒組成的二級(jí)顆粒。通過用捏混攪拌機(jī)在上述范圍內(nèi)的壓力下研磨氫氧化鋁原料，可有效地消除初級(jí)顆粒的聚集結(jié)構(gòu)，而基本不會(huì)破碎初級(jí)顆粒。因此，可以節(jié)約初級(jí)顆粒的研磨能耗。所以，可用少量的研磨能就能獲得能在樹脂中可大量充填的氫氧化鋁粉末。
宜在粉磨之前調(diào)整氫氧化鋁原料的液體含量，以便能夠在粉磨期間達(dá)到干態(tài)、Pendular態(tài)或Funicular Ⅰ態(tài)，之后再進(jìn)行粉磨。例如可通過干燥氫氧化鋁原料、或加入液體如水、醇、或以下所述的表面處理劑來達(dá)到對(duì)液體含量的調(diào)整。
優(yōu)選的液體含量變化取決于平均二級(jí)顆粒尺寸和顆粒尺寸分布，以及氫氧化鋁原料的顆粒尺寸和顆粒尺寸分布，但其不是受到此唯一限制。然而，液體含量通常為30重量％或更少，優(yōu)選20重量％或更少，更優(yōu)選10重量％或更少，也可以是0重量％或更多，優(yōu)選1重量％或更多，更優(yōu)選5重量％或更多。太高的液體含量會(huì)使有效地研磨氫氧化鋁原料產(chǎn)生困難。
另外，也可在表面處理劑的存在下進(jìn)行研磨。表面處理劑的實(shí)例包括各種偶聯(lián)劑如硅偶聯(lián)劑、鈦偶聯(lián)劑和鋁酸鹽偶聯(lián)劑，脂肪酸如油酸、硬脂酸及其脂肪酸酯、磷酸酯。烷基磷酸酯，和硅酸酯如硅酸甲酯和硅酸乙酯。
當(dāng)在研磨期間加入液體如水、或研磨含有水等液體的氫氧化鋁粉末時(shí)，在研磨之后通常要對(duì)氫氧化鋁粉末進(jìn)行干燥。例如，可通過使用已知的干燥設(shè)備的方法進(jìn)行干燥，或者，當(dāng)用連續(xù)的捏混攪拌機(jī)進(jìn)行研磨時(shí)，可通過部分加熱捏混攪拌機(jī)等方法進(jìn)行干燥。
由此獲得的氫氧化鋁粉末通常具有大約1.2g～4m2/g的BET比表面積，當(dāng)與用振動(dòng)磨研磨而獲得的具有相同平均二級(jí)顆粒尺寸的氫氧化鋁粉末相比時(shí)，其表現(xiàn)出較高的比表面積。當(dāng)在樹脂中填充該氫氧化鋁粉末從而形成模制品時(shí)，樹脂和氫氧化鋁粉末的接觸面積就有可能增加。因而，與用振動(dòng)磨研磨而獲得的氫氧化鋁粉末相比，模制品的強(qiáng)度就有可能增加。
本發(fā)明所獲得的氫氧化鋁粉末在樹脂中是可大量充填的，因此其優(yōu)選地作為具有阻燃特性的模制品、人造大理石等制品的填料。所用樹脂的實(shí)例包括熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚樹脂、和聚氨酯樹脂；聚鏈烯烴樹脂典型地包括聚乙烯、聚丙烯、乙烯和丙烯的共聚物、乙烯和/或丙烯和其他α-鏈烯烴如丁烯-1、戊烯-1、己烯-1、庚烯-1、辛烯-1、壬烯-1、4-甲基戊烯-1和癸烯-1的共聚物；和熱塑性樹脂如苯乙烯(共)聚物、甲基丙烯酸甲酯(共)聚物、聚酰銨、聚碳酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、聚乙酰、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚苯氧、聚醚砜(salfone)、聚丙烯酸酯、聚醚醚酮、聚甲基戊烯。當(dāng)然，該氫氧化鋁粉末也不僅僅就限于用在這些樹脂中。該粉末也可用作人造樹脂、天然樹脂、紙張等制品的填料。
實(shí)施例用以下實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明，但本發(fā)明不受這些實(shí)施例的限制。
用以下方法評(píng)判以下各實(shí)施例中的氫氧化鋁粉末。
(1)可充填性
通過確定在氫氧化鋁粉末中吸附的鄰苯二甲酸二辛酯的數(shù)量(以下稱為DOP油吸附法)來評(píng)判氫氧化鋁在樹脂中的可充填性。
按JIS-K6221方法確定DOP油吸附量(ml/100g)。
通過降低氫氧化鋁粉末的DOP油吸附量可改善在樹脂中的氫氧化鋁粉末的可充填性能。因此，隨著DOP油吸附量的降低，在樹脂中的氫氧化鋁粉末的可充填量相應(yīng)增加。
這些內(nèi)容公開在“工業(yè)材料(Kogyo Zairyo)”、第116-117頁、第39卷、No.1，(1991)中，其中，隨著油吸附量的降低，在樹脂中填料的充填量增加，即其在樹脂中的可充填性能改善。
(2)晶體結(jié)構(gòu)用X-射線衍射法確定晶體結(jié)構(gòu)。
(3)平均二級(jí)顆粒尺寸(微米)用一種激光散射粒徑分布儀(Microtrack HRA由LEEDL&LNORTHRUP生產(chǎn))來確定平均二級(jí)顆粒尺寸(微米)。
(3)平均初級(jí)顆粒尺寸(微米)通過在掃描電子顯微鏡下觀察，從而確定平均初級(jí)顆粒尺寸(微米)。
(4)BET比表面積(m2/g)用氮吸附法確定BET比表面積(m2/g)。
實(shí)施例1將晶種加到呈超飽和態(tài)的鋁酸鈉溶液中，通過攪拌該溶液使溶液中的鋁酸鈉水解，從而沉淀出粗大的氫氧化鋁。隨后，過濾和清洗粗大的氫氧化鋁，接著脫水，從而獲得氫氧化鋁原料(晶體結(jié)構(gòu)三水鋁石型、平均二級(jí)顆粒尺寸68微米、平均初級(jí)顆粒尺寸12微米、DOP油吸附量29.9毫升/100克，含水量5％)。
將所獲得的氫氧化鋁原料連續(xù)地加入到單螺旋捏混攪拌機(jī)中(MP-30-1型由Miyazaki TekkoK.K.制造，螺旋長(zhǎng)度210毫米，螺旋直徑30毫米、螺旋速度49轉(zhuǎn)/分鐘，葉片轉(zhuǎn)速10轉(zhuǎn)/分鐘)進(jìn)行研磨。隨后，再將研磨后而獲得的氫氧化鋁連續(xù)地加入到單螺旋捏混攪拌機(jī)中再進(jìn)行研磨，接著在120℃下干燥，從而獲得氫氧化鋁粉末。所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能表示在下面的表1中。
對(duì)比實(shí)施例1干燥與實(shí)施例1中所用的相同的氫氧化鋁原料，從而使水的含量為0％。隨后，在振動(dòng)磨(內(nèi)容積2升、氫氧化鋁原料加入量0.3千克、8mΦ球加入量2.9千克、振幅3毫米)中研磨30分鐘從而獲得氫氧化鋁粉末。所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能也表示在下面的表1中。
表1
實(shí)施例2連續(xù)地向單螺旋捏練攪拌機(jī)(MP-30-1型由Miyazaki Tekko制造，螺旋長(zhǎng)度210毫米，螺旋直徑30毫米、螺旋速度49轉(zhuǎn)/分鐘，葉片轉(zhuǎn)速10轉(zhuǎn)/分鐘)中加入商購(gòu)氫氧化鋁(商標(biāo)名H-100ME，來自Showa Denko K.K.，晶體結(jié)構(gòu)三水鋁礦型、平均二級(jí)顆粒尺寸67微米、平均初級(jí)顆粒尺寸22微米、DOP油吸附量27.8毫升/100克，含水量5％)進(jìn)行研磨。隨后，再將研磨后而獲得的氫氧化鋁連續(xù)地加入到單螺旋捏混攪拌機(jī)中再進(jìn)行重復(fù)研磨兩次，接著在120℃下干燥，從而獲得氫氧化鋁粉末。所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能表示在下面的表2中。
對(duì)比實(shí)施例2在振動(dòng)磨(內(nèi)容積2升、氫氧化鋁原料加入量0.3千克、8mΦ球加入量2.9千克、振幅3毫米)中研磨與實(shí)施例2中所用的相同的氫氧化鋁原料15分鐘從而獲得氫氧化鋁粉末。所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能也表示在下面的表2中。
對(duì)比實(shí)施例3除了將在振動(dòng)磨中研磨的時(shí)間變?yōu)?0分鐘外，以與對(duì)比實(shí)施例2相同的方式進(jìn)行試驗(yàn)。所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能也表示在下面的表2中。
表2
實(shí)施例3除了使用商購(gòu)氫氧化鋁(商標(biāo)名B-30，來自Alcoa Kasei.K.K.，晶體結(jié)構(gòu)三水鋁礦型、平均二級(jí)顆粒尺寸61微米、平均一級(jí)顆粒尺寸20微米、DOP油吸附量34.2毫升/100克，含水量2％)外，以與實(shí)施例2相同的方式獲得氫氧化鋁粉末，所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能也表示在下面的表3中。
對(duì)比實(shí)施例4干燥與實(shí)施例3中所用的相同的氫氧化鋁原料，從而使水的含量為0％。隨后，在振動(dòng)磨(內(nèi)容積2升、氫氧化鋁原料加入量0.3千克、8mΦ球加入量2.9千克、振幅3毫米)中研磨15分鐘從而獲得氫氧化鋁粉末。所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能表示在下面的表3中。
對(duì)比實(shí)施例5除了將在振動(dòng)磨中研磨的時(shí)間變?yōu)?0分鐘外，以與對(duì)比實(shí)施例4相同的方式進(jìn)行試驗(yàn)。所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能表示在下面的表3中。
表3
實(shí)施例4將晶種加到呈超飽和態(tài)的鋁酸鈉溶液中，通過攪拌該溶液使溶液中的鋁酸鈉水解，從而沉淀出粗大的氫氧化鋁。隨后，過濾和清洗粗大的氫氧化鋁，接著脫水，從而獲得氫氧化鋁原料(晶體結(jié)構(gòu)三水鋁石型、平均二級(jí)顆粒尺寸81微米、平均一級(jí)顆粒尺寸16微米、DOP油吸附量37.9毫升/100克，含水量5％)。
將所獲得的氫氧化鋁原料連續(xù)地加入到單螺旋捏混攪拌機(jī)中(MP-100型由Miyazaki Tekko.K.K制造，螺旋長(zhǎng)度615毫米，螺旋直徑100毫米、螺旋速度20轉(zhuǎn)/分鐘，葉片轉(zhuǎn)速16轉(zhuǎn)/分鐘)進(jìn)行研磨。隨后，再將研磨后而獲得的氫氧化鋁連續(xù)地加入到單螺旋捏混攪拌機(jī)中再重復(fù)進(jìn)行粉磨二次，接著在120℃下干燥，從而獲得氫氧化鋁粉末。
第二次粉磨時(shí)所測(cè)量的最大壓力為10.2kgf/cm2(1.00MPa)所獲得的氫氧化鋁粉末的物理性能表示在下面的表4中。
表4
本發(fā)明方法可較容易地生產(chǎn)出具有較低的DOP油吸附量和在樹脂中可大量充填的氫氧化鋁粉末。
盡管如此描述了本發(fā)明，但相同的內(nèi)容可用許多方式進(jìn)行變化是顯而易見的。這樣的變化不能被認(rèn)為是脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍，對(duì)于熟悉現(xiàn)有技術(shù)的專業(yè)技術(shù)人員來說，這樣的變化被包括在以下權(quán)利要求書的范圍內(nèi)是顯而易見的。
權(quán)利要求
1．一種生產(chǎn)氫氧化鋁粉末的的方法，該方法包括用捏混攪拌機(jī)研磨氫氧化鋁原料的步驟。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，氫氧化鋁原料的液體含量大約是30重量％或更少。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，氫氧化鋁原料具有三水鋁石型晶體結(jié)構(gòu)。
4．根據(jù)前述任何權(quán)利要求的方法，其中，氫氧化鋁原料具有大約1微米-150微米的平均二級(jí)顆粒粒徑。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，氫氧化鋁原料的平均初級(jí)顆粒粒徑與平均二級(jí)顆粒粒徑之比大約是1/8-1/2。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在捏混攪拌機(jī)中最大壓力大約是0.49-49.0MPa。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種作為填料可在樹脂中可大量充填的氫氧化鋁粉末的生產(chǎn)方法。該方法包括使用捏混攪拌機(jī)研磨氫氧化鋁原料的步驟。
文檔編號(hào)C01F7/00GK1312221SQ00120320
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)日期2000年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月8日
發(fā)明者新葉智, 溝江利之, 加藤久勝 申請(qǐng)人:住友化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社