專利名稱：納米亞微米pal材料的無機(jī)活化工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及阻燃材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝。
背景技術(shù)：
阻燃對(duì)于人類的健康和安全、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展事關(guān)重大，其重要意義不言而喻。在建筑、化工、軍事及交通等領(lǐng)域的自身消防需求和具易燃性高分子材料的領(lǐng)域，阻燃材料在降低火災(zāi)危險(xiǎn)性方面的比例高達(dá)70%以上。實(shí)踐證明，阻燃材料在減少火災(zāi)人員傷亡，避免重大經(jīng)濟(jì)損失和保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面，都發(fā)揮著重大作用，因而，阻燃劑及阻燃材料的研究、 生產(chǎn)和應(yīng)用，對(duì)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展“人類和環(huán)境”的意義重大。目前，常見的阻燃劑主要有鹵系阻燃劑、硅系阻燃劑、磷系阻燃劑、三嗪系阻燃劑和無機(jī)阻燃劑。我國以溴系、氯系等含鹵阻燃劑為主，雖然含鹵阻燃材料具有良好的阻燃效果，但是一般含鹵阻燃材料發(fā)生火災(zāi)時(shí)會(huì)釋放出大量煙霧和有毒、有害腐蝕性氣體，對(duì)人員和精密儀器帶來極大損害。隨著全球環(huán)境法規(guī)的嚴(yán)格，我國對(duì)阻燃技術(shù)要求力度的加強(qiáng)，人們對(duì)防火安全及制品的阻燃要求越來越高，無鹵、低煙、低毒、高性能環(huán)保型阻燃劑已成為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境和諧追求的目標(biāo)。PAL材料是性能優(yōu)異的綠色阻燃助劑，具有干擾支持燃燒要素的可插層、剝離層、 鏈阻燃結(jié)構(gòu)功能，以及含多種阻燃元素(Si、P、S、B)與抑煙元素(Mo、Fe、Mg、Zn、Cn)。PAL材料的結(jié)構(gòu)構(gòu)造為層、鏈、纖維狀晶體結(jié)構(gòu)和納米級(jí)孔穴通道的構(gòu)造。其為單斜晶系，晶體結(jié)構(gòu)屬2 :1型非金屬礦物，即兩層硅氧四面體夾一層鎂(鋁)八面體，其四面體與八面體的排列方式為層狀結(jié)構(gòu)。在每個(gè)2. 1層中，四面體邊角頂隔一定距離方向顛倒，形成層、鏈狀結(jié)合特征。在四面體條帶間形成與鏈平行，貫穿骨架的通道，通道截面約為0. 37nmX0. 63nm, 通道為水分子填充，為平行于纖維的沸石水(H20)和與鎂離子配位的結(jié)晶水(0H2)，具有表面吸附水(H20)和與八面體陽離子配位的結(jié)構(gòu)水(OH)。其晶體結(jié)構(gòu)為針狀，由細(xì)長中空管組成。PAL材料表面微形貌表現(xiàn)結(jié)構(gòu)表面的不平坦起伏，尤其解理面極為粗糙，有l(wèi)-2nm的臺(tái)階出現(xiàn)，呈現(xiàn)扭曲和螺旋的復(fù)雜微形貌。平行纖維隧道孔隙占纖維體積的1/2以上，內(nèi)外比表面積可觀，孔道效應(yīng)顯著。？414才料層之間以分子鍵結(jié)合，即使有1(+、妝+，1(-0，妝-0鍵的結(jié)合力也遠(yuǎn)小于Si-O或Mg-O的鍵合力，水分子、金屬原子、有機(jī)分子可進(jìn)入層間，使層間距離(層間域)有可變性。PAL材料所具有獨(dú)特的層、鏈狀晶體結(jié)構(gòu)，賦予了 PAL材料獨(dú)特的性能。高純微納米PAL材料是極性“親水”材料，在聚合物基體中均勻分散，并分散為片、 層狀單體，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱的阻隔，達(dá)到阻燃目的，必須實(shí)施“有機(jī)化”改性為“親油”、“疏水”，而與聚合物基體充分相容，活化是其“有機(jī)化”的前驅(qū)條件。其原理為“有機(jī)化”是無機(jī)超分子插層裂紋化學(xué)過程，是分子與分子在一定條件下，依賴非共價(jià)分子間作用力，自發(fā)連接成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的分子裂集體的過程。發(fā)生自組裝過程，需要自組裝的動(dòng)力以及導(dǎo)向作用兩個(gè)條件。 由于對(duì)材料的“活化”，產(chǎn)生了材料構(gòu)造內(nèi)外比表面積大幅度提升，界面活性中心與基團(tuán)發(fā)育，自由能提高，為自組裝的發(fā)生提供了分子重排的空間和方向，以及由界面活性、高自由能提供的分子間協(xié)同作用的動(dòng)力，所以對(duì)PAL材料的“活化”是關(guān)鍵技術(shù)，也是關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)。就無機(jī)非金屬領(lǐng)域，“活化”的技術(shù)工藝主要有介質(zhì)活化、熱、電、微波、超聲、輻射等方法，但更多采用的是工藝較為簡單、成本較低的“酸活化”和“熱活化”技術(shù)工藝，但前者易產(chǎn)生“酸化”廢水的處理問題，后者有高耗能的缺陷。有關(guān)“機(jī)械力化學(xué)活化”的提出源于20世紀(jì)20年代德國學(xué)者Ostwald的“機(jī)械化學(xué)”，并沿用至今，指的是機(jī)械力誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)，1990年以后的專家研究認(rèn)為機(jī)械化學(xué)本質(zhì)是固體顆粒在機(jī)械能的作用下，由于形變、 缺陷和解離等而引起物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性能及化學(xué)活性等方面的變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，提供一種易于實(shí)施，能夠有效提升PAL材料性能的納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案本納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝，其特征在于，本工藝包括下述步驟A、機(jī)械力化學(xué)活化將納米亞微米PAL材料物料在強(qiáng)機(jī)械力作用下受到劇烈的沖擊，在晶體結(jié)構(gòu)被破壞的同時(shí)，局部還會(huì)產(chǎn)生等離子體，降低體系的反應(yīng)溫度和活化能，從而誘發(fā)物質(zhì)間的反應(yīng)；B、酸活化溶解清除納米亞微米PAL材料的雜質(zhì)，從而增加比表面積；利用小半徑的H+交換PAL材料晶體層間的陽離子，從而形成孔道；溶解PAL材料八面體中部分的 Al3+Fe2+, Fe3+和Mg2+離子，使晶體端面的孔道角度增加、比表面積增加、直徑增大；C、熱活化通過對(duì)納米亞微米PAL材料加熱方式，除去其存在的四種狀態(tài)的水，即外表面吸附水、孔道吸附水、存在于晶體中的結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水。本發(fā)明構(gòu)筑了以機(jī)械力化學(xué)活化技術(shù)為主要技術(shù)途徑的“酸活化、熱活化、機(jī)械力化學(xué)活化”技術(shù)體系，為PAL材料作為獨(dú)立產(chǎn)品優(yōu)化了性能，為PAL材料實(shí)現(xiàn)無機(jī)超分子插層組裝化學(xué)技術(shù)“有機(jī)化”的自組裝過程，提供了自組裝的動(dòng)力和導(dǎo)向條件。機(jī)械力化學(xué)活化技術(shù)的實(shí)質(zhì)是微納米分體的物理-化學(xué)的改性；酸活化、熱活化的過程，也包含著物理-化學(xué)的性能優(yōu)化過程。通過機(jī)械力化學(xué)的物理-化學(xué)作用，對(duì)PAL材料粉體進(jìn)行活化改性處理，高效分散PAL材料粉體，獲得最佳的PAL材料粉體性能。在這一過程中，PAL材料顆粒產(chǎn)生如熱效應(yīng)、晶型轉(zhuǎn)變、電性改變、等離子化學(xué)等物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，從而誘發(fā)改性劑的化學(xué)物理效應(yīng)，達(dá)到分子識(shí)別與區(qū)位識(shí)別，實(shí)現(xiàn)有機(jī)化改性，達(dá)到與基體(有機(jī)聚合物基或無機(jī)物基)的高度相容與均勻分散。機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征都與常規(guī)的化學(xué)反應(yīng)有所區(qū)別。機(jī)械力化學(xué)可產(chǎn)生多種效應(yīng)1、結(jié)晶形態(tài)變化。物料在粉碎過程中，晶體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從物變(晶粒尺寸變小，比表面積增大等)到質(zhì)變(晶粒表面或內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，非晶化和無序化等)的過程。其中主要為①晶格畸變機(jī)械力化學(xué)作用，使晶格點(diǎn)陣顆粒的排列部分失去周期性，而導(dǎo)致晶面間距發(fā)生變化，形成晶格缺陷，晶粒尺寸變小等。②晶粒的非晶化在機(jī)械力作用下，有序的晶格結(jié)構(gòu)被破壞，晶體表面產(chǎn)生許多缺陷，使晶體結(jié)構(gòu)無序化，且當(dāng)機(jī)械負(fù)荷移除后也不能恢復(fù)。由于機(jī)械力的作用，結(jié)晶表面的結(jié)晶構(gòu)造受到破壞而形成非晶態(tài)；③晶型轉(zhuǎn)變機(jī)械力誘發(fā)物料不改變化學(xué)組成，而出現(xiàn)無定形化、中間結(jié)晶相等形態(tài)，形成不穩(wěn)定相；④結(jié)晶構(gòu)造整體結(jié)構(gòu)變形對(duì)于PAL材料這種層狀結(jié)構(gòu)的礦物質(zhì)，在機(jī)械力作用下，由于層間質(zhì)點(diǎn)結(jié)合力較弱，在剪切力作用下，一般都沿層面或極微細(xì)解理平行地劈裂開，變成結(jié)晶度較低的結(jié)構(gòu)，若繼續(xù)施以機(jī)械力，逐步完成整體結(jié)構(gòu)變化。層狀硅酸鹽(PAL材料原料)，在機(jī)械激活作用下不同程度地脫去羥基且鍵能下降，失去了晶體結(jié)構(gòu)并無定形化。2、物理化學(xué)性質(zhì)變化。①顆粒細(xì)化即粒徑變小、相應(yīng)比表面積增大。②產(chǎn)生諸多新生表面新生表面是清潔面，有不飽和鍵，能產(chǎn)生非常高的活性。它是去除PAL材料表面羥基吸附水的結(jié)果。③密度降低在機(jī)械力的作用下造成了晶體結(jié)構(gòu)的改變，晶體趨于無序化、結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松、密度降低；④電性變化機(jī)械力作用改變微納米顆粒導(dǎo)電性以及半導(dǎo)體性質(zhì)。如燒結(jié)鈦酸鋇原粉在通常條件下，再施以機(jī)械力，其介電常數(shù)在室溫下提高2—3 倍。②表面吸附能力和離子交換能力增強(qiáng)機(jī)械力作用下，顆粒被粉碎，在斷裂面上出現(xiàn)不飽和鍵和帶電的結(jié)構(gòu)單元，使顆粒處于不穩(wěn)定的高能態(tài)，從而增強(qiáng)活性、提高其表面吸附能力。同時(shí)，導(dǎo)致表面富含不飽和鍵及殘余電荷的活化位，促進(jìn)了離子交換能力或置換能力的提高；⑥溶解度提高各種硅酸鹽礦物，由于機(jī)械力活化，都能顯著提高其溶解度與溶解速率。3、誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)。機(jī)械力與光、電、磁、熱、輻射等形式能量一樣，也可引起物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。①機(jī)械力誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)類型機(jī)械力作用下，自由能升高、活性增強(qiáng)、反應(yīng)活化能降低，誘發(fā)的反應(yīng)，依物質(zhì)狀態(tài)分為固-固、固-液、固-氣三大類。②機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與熱力學(xué)相比，機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)有其特點(diǎn)，不一定符合熱力學(xué)定律，反應(yīng)產(chǎn)物與熱化學(xué)反應(yīng)也可能不同，其反應(yīng)機(jī)理一般為界面反應(yīng)機(jī)理、自蔓延高溫合成機(jī)理和固溶-分解機(jī)理。酸活化的目的是為了增大PAL材料的比表面積和增大表面活性，通過以下方式來實(shí)現(xiàn)①溶解部分雜質(zhì)在解聚分散和分離提純中混生的微量綠泥石、伊利石、長石和方解石等；②用H+置換可交換性的Ca2+ ；③溶解一定量存在于四面體中的Al3+和某些狗2+、Fe3+ 以及存在于八面體中的Fe3+ (Fe2+)、Al3+和Mg2+。PAL材料酸活化的機(jī)理①溶解清除了 PAL材料的雜質(zhì)，增加了比表面積(內(nèi)、外表面積)和提供了活性位點(diǎn)；②小半徑的H+交換PAL材料晶體層間的陽離子，形成孔道；③ 溶解八面體中部分的Al3+Fe2+、Fe3+和Mg2+等離子，使晶體端面的孔道角度增加、比表面積增加、直徑增大，酸化完全，孔道值更大；④活化后的PAL材料隨著八面體中陽離子的帶出，引起了如同固體酸作用一樣的出露表面，由氫鍵相連?；罨瘜?dǎo)致滲透作用增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)展開、孔道開放和直徑擴(kuò)大，表面積由80m2/g增至200m2/g，同時(shí)活性中心與區(qū)位也得到增加。PAL材料熱處理即熱活化，目的改善和提高PAL材料的理化性能，目標(biāo)在于除去其存在的四種狀態(tài)的水，這四種水分別為外表面吸附水(H2O)、孔道吸附水(H2O)、存在于晶體中的結(jié)構(gòu)水(OH)和結(jié)晶水(OH2)。差熱分析(DTA)、熱中分析(TGA)顯示，第一吸熱谷在 65°C，屬于外表面的吸附水脫水效應(yīng)；第二吸熱谷在98°C，為孔道吸附水脫出的熱效應(yīng)(外表面吸附水和孔道吸附水的質(zhì)量為5. 87% )；第三吸熱谷在230°C，相當(dāng)于部分結(jié)晶水脫出產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，吸熱谷較小，而且寬(失水量3. 12%)；第四吸熱谷在481°C，也較寬，相當(dāng)于第二部分結(jié)晶水的脫出熱效應(yīng)(脫水量3. 7%)；第五吸熱谷為595°C，對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)水的脫出(脫水5.3%)。前5個(gè)為吸熱谷，放熱效應(yīng)僅有1個(gè)，在827°C，為分解新物相結(jié)晶所致。PAL材料熱活化過程中，PAL材料的結(jié)構(gòu)，形貌和物理化學(xué)性質(zhì)卻發(fā)生了變化，結(jié)構(gòu)和形貌的變化反映在理化性能的變化，并為理化性能變化提供了理論支撐。一般認(rèn)為 400°C熱活化脫出了 PAL材料的吸附水、部分結(jié)晶水、騰出了水分子占據(jù)的孔道空間和活性點(diǎn)，更有利于極性小分子吸附。這是熱活化(處理)的實(shí)際目的，更理想的溫度是252°C左右，此時(shí)PAL材料比表面積最大。由于PAL材料為微納米晶體材料，外比表面積較大，不僅存在物理吸附，而且存在大量表面斷鍵結(jié)合水，這種鍵合水比較牢固，脫出需要較高溫度。熱重分析顯示，結(jié)構(gòu)水脫水量明顯高出PAL材料結(jié)構(gòu)水理論含量。表面結(jié)構(gòu)水的脫出，改變了 PAL材料表面性質(zhì)，對(duì)分子吸附的選擇性有了很大的變化，正是對(duì)“有機(jī)化”改性的貢獻(xiàn)。本發(fā)明采用以機(jī)械力活化為主體的機(jī)械力活化、酸活化、熱活化聯(lián)合活化，而且遵循工藝流程的科學(xué)性和合理性原則，建立了酸活化-熱活化-機(jī)械力活化技術(shù)體系。優(yōu)化了 PAL材料產(chǎn)品性能，為PAL材料實(shí)現(xiàn)了無機(jī)超分子插層的自組裝過程提供了自組裝的動(dòng)力和導(dǎo)向作用。自組裝動(dòng)力，指分子間的相互作用力的協(xié)同作用，它為分子自組裝提供了能量；自組裝的導(dǎo)向作用指的是分子自組裝發(fā)生就必須在空間的尺寸和方向上達(dá)到分子重排要求。以機(jī)械力活化為主要技術(shù)途徑的活化技術(shù)體系，通過對(duì)PAL材料的活化，為實(shí)現(xiàn)無機(jī)超分子插層組裝化學(xué)技術(shù)“有機(jī)化”提供了能量的積蓄和空間與方向的導(dǎo)向作用。更為重要的是在建材、高分子聚合物等更廣泛領(lǐng)域提供了高性能助劑材料。在上述的納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝中，在上述的步驟A中，采用高速電碾裝置使納米亞微米PAL材料物料受到?jīng)_擊。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝的優(yōu)點(diǎn)在于以機(jī)械力活化為主體的機(jī)械力活化、酸活化、熱活化聯(lián)合活化，建立了酸活化-熱活化一機(jī)械力活化技術(shù)體系，優(yōu)化了 PAL材料產(chǎn)品性能，為PAL材料實(shí)現(xiàn)了無機(jī)超分子插層的自組裝過程提供了自組裝的動(dòng)力和導(dǎo)向作用。為實(shí)現(xiàn)無機(jī)超分子插層組裝化學(xué)技術(shù)“有機(jī)化”提供了能量的積蓄和空間與方向的導(dǎo)向作用。更為重要的是在建材、高分子聚合物等更廣泛領(lǐng)域提供了高性能助劑材料。
具體實(shí)施例方式本納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝包括下述步驟A、機(jī)械力化學(xué)活化將納米亞微米PAL材料物料在強(qiáng)機(jī)械力作用下受到劇烈的沖擊，在晶體結(jié)構(gòu)被破壞的同時(shí)，局部還會(huì)產(chǎn)生等離子體，降低體系的反應(yīng)溫度和活化能，從而誘發(fā)物質(zhì)間的反應(yīng)。本實(shí)施例中，采用高速電碾裝置使納米亞微米PAL材料物料受到?jīng)_
擊οB、酸活化溶解清除納米亞微米PAL材料的雜質(zhì)，從而增加比表面積；利用小半徑的H+交換PAL材料晶體層間的陽離子，從而形成孔道；溶解PAL材料八面體中部分的 Al3+Fe2+, Fe3+和Mg2+離子，使晶體端面的孔道角度增加、比表面積增加、直徑增大；C、熱活化通過對(duì)納米亞微米PAL材料加熱方式，除去其存在的四種狀態(tài)的水，即外表面吸附水、孔道吸附水、存在于晶體中的結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水。本發(fā)明構(gòu)筑了以機(jī)械力化學(xué)活化技術(shù)為主要技術(shù)途徑的“酸活化、熱活化、機(jī)械力化學(xué)活化”技術(shù)體系，為PAL材料作為獨(dú)立產(chǎn)品優(yōu)化了性能，為PAL材料實(shí)現(xiàn)無機(jī)超分子插層組裝化學(xué)技術(shù)“有機(jī)化”的自組裝過程，提供了自組裝的動(dòng)力和導(dǎo)向條件。機(jī)械力化學(xué)活化技術(shù)的實(shí)質(zhì)是微納米分體的物理-化學(xué)的改性；酸活化、熱活化的過程，也包含著物理-化學(xué)的性能優(yōu)化過程。通過機(jī)械力化學(xué)的物理-化學(xué)作用，對(duì)PAL 材料粉體進(jìn)行活化改性處理，高效分散PAL材料粉體，獲得最佳的PAL材料粉體性能。在這一過程中，PAL材料顆粒產(chǎn)生如熱效應(yīng)、晶型轉(zhuǎn)變、電性改變、等離子化學(xué)等物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，從而誘發(fā)改性劑的化學(xué)物理效應(yīng)，達(dá)到分子識(shí)別與區(qū)位識(shí)別，實(shí)現(xiàn)有機(jī)化改性，達(dá)到與基體(有機(jī)聚合物基或無機(jī)物基)的高度相容與均勻分散。機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征都與常規(guī)的化學(xué)反應(yīng)有所區(qū)別。機(jī)械力化學(xué)可產(chǎn)生多種效應(yīng)1、結(jié)晶形態(tài)變化。物料在粉碎過程中，晶體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了從物變(晶粒尺寸變小，比表面積增大等)到質(zhì)變(晶粒表面或內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，非晶化和無序化等)的過程。其中主要為①晶格畸變機(jī)械力化學(xué)作用，使晶格點(diǎn)陣顆粒的排列部分失去周期性，而導(dǎo)致晶面間距發(fā)生變化，形成晶格缺陷，晶粒尺寸變小等。②晶粒的非晶化在機(jī)械力作用下，有序的晶格結(jié)構(gòu)被破壞，晶體表面產(chǎn)生許多缺陷，使晶體結(jié)構(gòu)無序化，且當(dāng)機(jī)械負(fù)荷移除后也不能恢復(fù)。由于機(jī)械力的作用，結(jié)晶表面的結(jié)晶構(gòu)造受到破壞而形成非晶態(tài)；③晶型轉(zhuǎn)變機(jī)械力誘發(fā)物料不改變化學(xué)組成，而出現(xiàn)無定形化、中間結(jié)晶相等形態(tài)，形成不穩(wěn)定相；④結(jié)晶構(gòu)造整體結(jié)構(gòu)變形對(duì)于PAL材料這種層狀結(jié)構(gòu)的礦物質(zhì)，在機(jī)械力作用下，由于層間質(zhì)點(diǎn)結(jié)合力較弱，在剪切力作用下，一般都沿層面或極微細(xì)解理平行地劈裂開，變成結(jié)晶度較低的結(jié)構(gòu)，若繼續(xù)施以機(jī)械力，逐步完成整體結(jié)構(gòu)變化。層狀硅酸鹽(PAL材料原料)，在機(jī)械激活作用下不同程度地脫去羥基且鍵能下降，失去了晶體結(jié)構(gòu)并無定形化。2、物理化學(xué)性質(zhì)變化。①顆粒細(xì)化即粒徑變小、相應(yīng)比表面積增大。②產(chǎn)生諸多新生表面新生表面是清潔面，有不飽和鍵，能產(chǎn)生非常高的活性。它是去除PAL材料表面羥基吸附水的結(jié)果。③密度降低在機(jī)械力的作用下造成了晶體結(jié)構(gòu)的改變，晶體趨于無序化、結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松、密度降低；④電性變化機(jī)械力作用改變微納米顆粒導(dǎo)電性以及半導(dǎo)體性質(zhì)。如燒結(jié)鈦酸鋇原粉在通常條件下，再施以機(jī)械力，其介電常數(shù)在室溫下提高2-3 倍。⑤表面吸附能力和離子交換能力增強(qiáng)機(jī)械力作用下，顆粒被粉碎，在斷裂面上出現(xiàn)不飽和鍵和帶電的結(jié)構(gòu)單元，使顆粒處于不穩(wěn)定的高能態(tài)，從而增強(qiáng)活性、提高其表面吸附能力。同時(shí)，導(dǎo)致表面富含不飽和鍵及殘余電荷的活化位，促進(jìn)了離子交換能力或置換能力的提高；⑥溶解度提高各種硅酸鹽礦物，由于機(jī)械力活化，都能顯著提高其溶解度與溶解速率。3、誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)。機(jī)械力與光、電、磁、熱、輻射等形式能量一樣，也可引起物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。①機(jī)械力誘發(fā)化學(xué)反應(yīng)類型機(jī)械力作用下，自由能升高、活性增強(qiáng)、反應(yīng)活化能降低，誘發(fā)的反應(yīng)，依物質(zhì)狀態(tài)分為固-固、固-液、固-氣三大類。②機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)機(jī)理與熱力學(xué)相比，機(jī)械力化學(xué)反應(yīng)有其特點(diǎn)，不一定符合熱力學(xué)定律，反應(yīng)產(chǎn)物與熱化學(xué)反應(yīng)也可能不同，其反應(yīng)機(jī)理一般為界面反應(yīng)機(jī)理、自蔓延高溫合成機(jī)理和固溶-分解機(jī)理。酸活化的目的是為了增大PAL材料的比表面積和增大表面活性，通過以下方式來實(shí)現(xiàn)①溶解部分雜質(zhì)在解聚分散和分離提純中混生的微量綠泥石、伊利石、長石和方解
7石等；②用H+置換可交換性的Ca2+ ；③溶解一定量存在于四面體中的Al3+和某些狗2+、Fe3+ 以及存在于八面體中的Fe3+ (Fe2+)、Al3+和Mg2+。PAL材料酸活化的機(jī)理①溶解清除了 PAL材料的雜質(zhì)，增加了比表面積(內(nèi)、外表面積)和提供了活性位點(diǎn)；②小半徑的H+交換PAL材料晶體層間的陽離子，形成孔道；③ 溶解八面體中部分的Al3+Fe2+、Fe3+和Mg2+等離子，使晶體端面的孔道角度增加、比表面積增加、直徑增大，酸化完全，孔道值更大；④活化后的PAL材料隨著八面體中陽離子的帶出，引起了如同固體酸作用一樣的出露表面，由氫鍵相連。活化導(dǎo)致滲透作用增強(qiáng)、結(jié)構(gòu)展開、孔道開放和直徑擴(kuò)大，表面積由80m2/g增至200m2/g，同時(shí)活性中心與區(qū)位也得到增加。PAL材料熱處理即熱活化，目的改善和提高PAL材料的理化性能，目標(biāo)在于除去其存在的四種狀態(tài)的水，這四種水分別為外表面吸附水(H2O)、孔道吸附水(H2O)、存在于晶體中的結(jié)構(gòu)水(OH)和結(jié)晶水(OH2)。差熱分析(DTA)、熱中分析(TGA)顯示，第一吸熱谷在 65°C，屬于外表面的吸附水脫水效應(yīng)；第二吸熱谷在98°C，為孔道吸附水脫出的熱效應(yīng)(外表面吸附水和孔道吸附水的質(zhì)量為5. 87% )；第三吸熱谷在230°C，相當(dāng)于部分結(jié)晶水脫出產(chǎn)生的吸熱效應(yīng)，吸熱谷較小，而且寬(失水量3. 12%)；第四吸熱谷在481°C，也較寬，相當(dāng)于第二部分結(jié)晶水的脫出熱效應(yīng)(脫水量3. 7%)；第五吸熱谷為595°C，對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)水的脫出(脫水5.3%)。前5個(gè)為吸熱谷，放熱效應(yīng)僅有1個(gè)，在827°C，為分解新物相結(jié)晶所致。PAL材料熱活化過程中，PAL材料的結(jié)構(gòu)，形貌和物理化學(xué)性質(zhì)卻發(fā)生了變化，結(jié)構(gòu)和形貌的變化反映在理化性能的變化，并為理化性能變化提供了理論支撐。一般認(rèn)為 400°C熱活化脫出了 PAL材料的吸附水、部分結(jié)晶水、騰出了水分子占據(jù)的孔道空間和活性點(diǎn)，更有利于極性小分子吸附。這是熱活化(處理)的實(shí)際目的，更理想的溫度是252°C左右，此時(shí)PAL材料比表面積最大。由于PAL材料為微納米晶體材料，外比表面積較大，不僅存在物理吸附，而且存在大量表面斷鍵結(jié)合水，這種鍵合水比較牢固，脫出需要較高溫度。熱重分析顯示，結(jié)構(gòu)水脫水量明顯高出PAL材料結(jié)構(gòu)水理論含量。表面結(jié)構(gòu)水的脫出，改變了 PAL材料表面性質(zhì)，對(duì)分子吸附的選擇性有了很大的變化，正是對(duì)“有機(jī)化”改性的貢獻(xiàn)。本發(fā)明采用以機(jī)械力活化為主體的機(jī)械力活化、酸活化、熱活化聯(lián)合活化，而且遵循工藝流程的科學(xué)性和合理性原則，建立了酸活化-熱活化-機(jī)械力活化技術(shù)體系。優(yōu)化了 PAL材料產(chǎn)品性能，為PAL材料實(shí)現(xiàn)了無機(jī)超分子插層的自組裝過程提供了自組裝的動(dòng)力和導(dǎo)向作用。自組裝動(dòng)力，指分子間的相互作用力的協(xié)同作用，它為分子自組裝提供了能量；自組裝的導(dǎo)向作用指的是分子自組裝發(fā)生就必須在空間的尺寸和方向上達(dá)到分子重排要求。以機(jī)械力活化為主要技術(shù)途徑的活化技術(shù)體系，通過對(duì)PAL材料的活化，為實(shí)現(xiàn)無機(jī)超分子插層組裝化學(xué)技術(shù)“有機(jī)化”提供了能量的積蓄和空間與方向的導(dǎo)向作用。更為重要的是在建材、高分子聚合物等更廣泛領(lǐng)域提供了高性能助劑材料。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。盡管本文較多地使用了術(shù)語，但并不排除使用其它術(shù)語的可能性。使用這些術(shù)語僅僅是為了更方便地描述和解釋本發(fā)明的本質(zhì)；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本發(fā)明精神相違背的。
權(quán)利要求
1.一種納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝，其特征在于，本工藝包括下述步驟A、機(jī)械力化學(xué)活化將納米亞微米PAL材料物料在強(qiáng)機(jī)械力作用下受到劇烈的沖擊， 在晶體結(jié)構(gòu)被破壞的同時(shí)，局部還會(huì)產(chǎn)生等離子體，降低體系的反應(yīng)溫度和活化能，從而誘發(fā)物質(zhì)間的反應(yīng)；B、酸活化溶解清除納米亞微米PAL材料的雜質(zhì)，從而增加比表面積；利用小半徑的H+ 交換PAL材料晶體層間的陽離子，從而形成孔道；溶解PAL材料八面體中部分的Al3+Fe2+、 Fe3+和Mg2+離子，使晶體端面的孔道角度增加、比表面積增加、直徑增大；C、熱活化通過對(duì)納米亞微米PAL材料加熱方式，除去其存在的四種狀態(tài)的水，即外表面吸附水、孔道吸附水、存在于晶體中的結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝，其特征在于，在上述的步驟A中，采用高速電碾裝置使納米亞微米PAL材料物料受到?jīng)_擊。
全文摘要
本發(fā)明涉及阻燃材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝。它解決了現(xiàn)有不夠合理等技術(shù)問題。本工藝包括下述步驟A、機(jī)械力化學(xué)活化；B、酸活化；C、熱活化。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本納米亞微米PAL材料的無機(jī)活化工藝的優(yōu)點(diǎn)在于以機(jī)械力活化為主體的機(jī)械力活化、酸活化、熱活化聯(lián)合活化，建立了酸活化-熱活化-機(jī)械力活化技術(shù)體系，優(yōu)化了PAL材料產(chǎn)品性能，為PAL材料實(shí)現(xiàn)了無機(jī)超分子插層的自組裝過程提供了自組裝的動(dòng)力和導(dǎo)向作用。為實(shí)現(xiàn)無機(jī)超分子插層組裝化學(xué)技術(shù)“有機(jī)化”提供了能量的積蓄和空間與方向的導(dǎo)向作用。更為重要的是在建材、高分子聚合物等更廣泛領(lǐng)域提供了高性能助劑材料。
文檔編號(hào)C09C1/40GK102352136SQ20111014948
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月2日
發(fā)明者張正良 申請(qǐng)人:杭州正博新型建筑材料有限公司