1、溶膠凝膠法制備氫氧化鋁摘要溶膠凝膠法是備制氫氧化鋁的粉體的方法之一，是利用不同的前驅物(鋁的無機化合物、鋁的有機化合物)在一定PH值、水浴溫度、攪拌速度的控制下水解制成氫氧化鋁膠體，然后再在一定條件下轉化為凝膠，經過干燥，研磨制得具有一定粒徑、比表面積和晶型的超細氫氧化鋁粉體。關鍵詞溶膠凝膠法氫氧化鋁粉體AbstractPreparedbysol-gelmethodismadeofaluminumhydroxide,oneofthewaysispowderyusingdifferentprecursors(aluminuminorganiccompounds,aluminumoforganic

2、compounds)incertainPHvalue,stretchingtemperature,stirringspeedunderthecontrolofthehydrolysiscolloidal,thenmadealuminumhydroxideincertainconditionsintogel,afterdrying,grindingsystemhasacertainsize,specificsurfaceareaandthetypeofsuper-finepowder.Keyword：sol-gelAluminumhydroxidepowder前沿超細氫氧化鋁具有阻燃、消煙、填充

3、多種功能，是一種重要的無機環保型阻燃材料。它相比較與有機阻燃材料燃燒時產生大量的煙霧、腐蝕性氣體和有毒氣體等缺點，無機阻燃劑具有熱穩定較好、不產生腐蝕性氣體、不揮發、效果持久、沒有毒性、價格低廉以及對環境危害小的優點。氫氧化鋁在常溫下化學性質和物理性質比較穩定，燃燒時乂不會產生二次污染，分散性和白度高。除此之外世界鋁礦分布廣泛，氫氧化鋁的來源豐富，成本較低，因此超細氫氧化鋁日益成為合成材料配方的首選材料之一。隨著國內外為對阻燃劑的性能要求越來越高，順應阻燃劑市場高阻燃、低煙霧、無害化的發展趨勢，為大規模工業生產氫氧化鋁提供了廣闊的前景和機會。本文主要對氫氧化鋁阻燃劑的阻燃機理、備制方法、尋求實

4、驗室條件下用溶膠凝膠法備制氫氧化鋁的最佳條件及改進技術，并對其今后發展進行簡要的展望。1文獻綜述1.1阻燃材料的概述隨著合成材料的不斷發展及其應用范圍的不斷擴大，為了安全可靠性，對各種產品的材質提出了相應的阻燃要求。高分子化合物的燃燒，大致要經過受熱、分解、著火、燃燒這幾個過程。高分子化合物在受熱分解時會產生可燃性氣體，如：甲烷、乙烯、乙塊、一氧化碳等，這些可燃性氣體濃度達到燃燒范圍，或被加熱到燃燒點時，就會發生燃燒。物質不斷進行分解、氧化，燃燒就不斷進行。在燃燒的過程中，起到關鍵性因素是，一是環境的溫度；二是氧氣的存在；三是可燃性氣體的濃度。但從反應形態和限定因素的可行性來看控制環境的溫度和

5、隔斷氧氣就可以基本達到阻燃目的。L2阻燃劑的分類有3 / 17溶膠凝膠法制備氫氧化鋁機阻燃劑具有代表性的是澳系、氯系、有機磷系等，他們的阻燃效果、添加量少以及熱穩定性高等優點，但同時這些材料的危害驚人。這些有機物在高溫下分解可產生毒性腐蝕性氣體，而且這些阻燃劑可以長期存在于人和動物體內，嚴重危害人類身體健康。另外這些材料的價格較高，使其作為阻燃劑的應用受到很大的限制。無機阻燃劑分為阻燃填充劑和輔助阻燃劑倆類。阻燃填充劑主要有氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鈣等，需要大量填充這些材料才能發揮阻燃效果，他們集阻燃、消煙、填充功能于一體，在活在中不會產生二次污染，是目前大量使用的阻燃劑，也是人們研改進較多的

6、一類阻燃劑。輔助阻燃劑有睇系、錫系、硼系等，他們在阻燃過程中不能單獨發揮作用，但少量的使用就能與其他阻燃劑有協同、加和、消煙等功能，是理想的阻燃增效劑。1.3氫氯化鋁的阻燃機理氫氧化鋁受熱至200220C左右時開始吸熱分放出3個結晶水2AL(0H)3AL：03+3H：0氫氧化鋁分解時吸熱達1976.2kj/kg,吸收這樣大的熱量是其具有阻燃作用的最主要原因。根據熱差分析和熱重分析可知，在溫度低205c時，氫氧化鋁在大氣中保持穩定，205c220c開始緩慢分解，超過220c時分解加快。主要的吸熱峰在308左右。吸熱脫水過程延緩了聚合物的燃燒，使燃燒速度減緩，同時放出的水蒸氣，不僅沖淡了燃燒的氣體

7、，而且# / 17溶膠凝膠法制備氫氧化鋁參與了冷凝相的反應。吸熱分解直接產生的沖淡效果，也使氫氧化鋁具有抑煙的功能。分解生成的氧化鋁與其它碳化物一起形成一道阻燃屏障，減小燒蝕速度,防止火焰的蔓延。根據以上分析可知，氫氧化鋁的阻燃機理可以歸納為：A吸熱作用。在220c350c脫水吸熱，抑制燃燒物溫度的升高。B稀釋作用。氫氧化鋁的填充，可是燃燒物濃度下降。并且氫氧化鋁脫水放出的水汽稀釋可燃氣體和氧氣的濃度，可有效阻止燃燒。C覆蓋作用。氫氧化鋁分解后產生的三氧化二鋁保護膜，隔絕氧氣，可阻止燃燒繼續。D碳化作用。阻燃劑在燃燒條件下產生強烈脫水性物質，使塑料碳化而不易產生可燃性揮發物，從而阻止火焰蔓延。

8、1. 4氫氧化鋁備制方法目前氫氧化鋁的備制主要分為機械研碎法和化學方法。1.1 .1機械粉碎法是將普通冶金級氫氧化鋁經洗滌烘干后采用氣流磨或球磨將其加工成氫氧化鋁微粉。機械法生產的氫氧化鋁微粉粒度較粗，粒度分布最大顆粒可達15加20um產品使用性能差，在電線、電纜的生產過程中，加工性能差,抗折強度、延伸率較低，與化學法氫氧化鋁同比其氧指數小，阻燃效果差。1.4 .2化學方法主要有化學法主要有：金屬醇鹽法，鋁酸鹽分解法，乳液法A金屬醇鹽法，利用鋁醇鹽易溶于乙醇，遇水很容易分解，產物為氫氧化鋁。基于此原理及醇鹽水解法具有的特殊優點，因此被廣泛使用于制備超微細粉末。雖然操作簡單，獲得樣品粒徑小，但團

9、聚嚴重，有機原料成本高。B鋁酸鹽分解法，在工業生產中廣泛應用，在飽和的氯酸鈉鹽中加入碳酸氫鈉弱酸類，或者通入二氧化碳，可制的氫氧化鋁晶體。該方法操作方便，設備要求不高，易于工業生產，但氫氧化鋁顆粒大而且不均勻，還需分級工作。C乳液法，微乳液是由水、與水不相溶的有機溶劑、表面活性劑和助表面活性劑組成的透明或半透明的熱力學穩定體系。在該體系中，通過氫沉淀制得的氫氧化鋁超細微粒,平均粒徑為6nm,有較好的分散性。1.5溶膠凝膠法1.5.1溶膠凝膠法簡介溶膠凝膠法就是以無機鹽或者金屬醇鹽作為前驅物，在液相中將這些原料均勻混合，并進行水解、縮合化學反應，在液相中形成穩定透明的溶膠體系。溶膠經過干燥、燒結

10、、固化備制出分子乃至納米級別結構的材料。總而言之溶膠凝膠法就是將含高化學活性組分的化合物經過溶液、溶膠、凝膠而固化，再經熱處理而成的氧化物或其它化合物固體的方法。1.5.2溶膠凝膠法的原理以化學反應步驟表達如下：A溶劑化，金屬陽離子IT吸引水分子形成溶劑單元為保持其配位數,具有強烈的釋放f的趨勢。B水解反應:非電離式分子前驅物，與水反應。M*+nH2fM(0H)二+nfT1.5.3溶膠凝膠法的優點溶膠凝膠法與其它方法相比具有許多獨特的優點：1由于溶膠凝膠法中所用的原料首先被分散到溶劑中而形成低粘度的溶液,因此,就可以在很短的時間內獲得分子水平的均勻性,在形成凝膠時,反應物之間很可能是在分子水平

11、上被均勻地混合。2由于經過溶液反應步驟,那么就很容易均勻定量地摻入一些微量元素,實現分子水平上的均勻摻雜。3與固相反應相比，化學反應將容易進行,而且僅需要較低的合成溫度,一般認為溶膠一凝膠體系中組分的擴散在納米范圍內，而固相反應時組分擴散是在微米范圍內，因此反應容易進行,溫度較低。4選擇合適的條件可以制備各種新型材料。1. 6本論文研究的內容及意義溶膠凝膠法備制氫氧化鋁，氫氧化鋁溶膠的備制是技術的關鍵，溶膠的質量直接影響所得到材料的性能，因此如何備制滿足需求的溶膠成為研究的重點。影響膠體形成的平行因素有很多，例如加水量，膠體濃度，催化劑或者活性劑，高分子化合物的使用，電解質的質量等等。考慮到實

12、驗室的條件和實驗設計的可行性，本論文主要通過控制變量pH值，水浴溫度和水解時間三個方面測試。通過定性分析，得到實驗室條件下采用溶膠凝膠法使氫氧化鋁的生產效率得到最大化。2實驗部分2.1實驗藥品實驗藥品化學式級別氯化鋁ALCL分析純氫氧化鈉NaCl分析純碳酸氫鈉NaOH分析純稀鹽酸HC1分析純聚乙烯醇分析純去離子水H：0丙酮CH3coeE分析純2. 2實驗儀器7 / 17溶膠凝膠法制備氫氧化鋁電磁攪拌器電子pH計恒溫水槽回流裝置干燥箱燒杯玻璃棒容量瓶2. 3實驗過程2. 3.1準備工作取一定量的氯化鋁固體，加入去離子水，配置成一定濃度的氯化鋁溶液，放入容量瓶中保存。2. 3.2PH的影響分別量取

13、等體積的氯化鋁溶液，向其中滴加lmol/L的HCL,在電子HP計的觀測下，分別調制pH為2,3,4,5,6,7的氯化鋁溶液下As,A.,As,4。由于溫度和時間為控制變量，設計實驗溫度為50水解時間1小時。用磁力攪拌器加熱攪拌并用50水浴恒溫反應1小時。在回流裝置中回流6-8小時，得到穩定透明膠體。濾出用丙酮洗滌后，在烘箱中烘干，用電子天平分別稱量他們質量。分析數據后得到質量一一PH曲線。2. 3.3溫度的影響由PH試驗中得到的結論,按照以上步驟，B3,B4,Bs,pH分別在60,70,80,90,100C溫度下反應一小時。結束后稱得質量，得到質量一一溫度曲線。2. 3.4水解時間的影響由以上

14、的結論,按照以上步驟,取樣品a,a,a,cCs,ph值調至4,水浴溫度為80,水解時間分別為Ihour,2hour,3hour,4hour,5hour«結束后稱得質量,得到質量一一時間曲線。2. 4結論由曲線一可知，氯化鋁在酸性條件下水解，在PH=L3之間水解量逐漸增大，PH=4-7之間逐漸減小，在PH=3-4之間最佳。由曲線二可知，水浴溫度有利于水解，在80達到頂峰，之后隨著水浴溫度的升高，對水解反應的作用不再明顯。由曲線三可知，水浴反應時間有利于水解，同樣在2hour達到頂峰，之后隨著時間的增加，對水解反應的作用不在明顯。2. 5實驗改進2.1.1 由于實驗藥品氯化鋁含有一定雜質

15、，對實驗有一定影響。可向氯化鋁中加入過量的氫氧化鈉溶液，靜置一段時間，取上清液，向其中滴加碳酸氫鈉溶液。過濾后用去離子水洗滌沉淀，待干燥后密封保存，使用時通過滴加鹽酸溶液，在電子PH計下調至一定PH值。這樣得到較純的氯化鋁溶液，有利于膠體的制備。2.5.2在水浴水解中加入聚乙烯醇分散劑，能有效改變膠體表面狀況，有利于溶膠凝膠法備制納米氫氧化鋁。文獻參考1黃東，南海，吳鶴.氫氧化鋁阻燃性質與應用研究.材料應用與開發J.2004,19(3)33-3710 / 17溶膠凝膠法制備氫氧化鋁2王建立，陳啟元.阻燃劑用超細氫氧化鋁的制備應用及展望.中國粉體技術J.2OO7,(1)38-423張良苗，馮永利

16、等.溶膠-凝膠法備制納米氫氧化鋁溶膠.物理學報J.2007,23(5)728-7324葛世成.阻燃劑材料手冊M2000,61-675李晨，徐博，溶膠-凝膠法的基本原理、發展及應用現狀.化學工業與工程J.2OO9,26(3)6路振華.阻燃作用機理與阻燃技術.海湖鹽與化工J.25(3)7任書霞，楊丹.溶膠-凝膠法在納米粉體制備中的應用.中國粉體技術J2006,18王慶偉，王建立，王錦，周世峰.超細氫氧化鋁阻燃劑的備制、應用及展望.中國阻燃協會年會M.2005致謝本研究及學位論文是在陳該榮教授，實驗室主任苗郁老師，實驗指導王輝老師的親切關懷和悉心指導下完成的。他們嚴肅的科學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇