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铝溶胶/氧化铝溶胶/勃姆石溶胶的应用

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文章附图

铝溶胶/氧化铝溶胶/勃姆石溶胶的应用

铝溶胶是带正电的一水合氧化铝微细粒子分散在水中的胶体溶液。具体的来讲是一种由许许多多大小在1~100mm之间的固体AlOOH粒子分散在水溶液中的具有液体特征的胶体体系,通常也称作AlOOH溶胶/氧化铝溶胶/勃姆石溶胶,铝溶胶的化学分子式可以表示为a(Al2O3▪nH2O) ▪bHx ▪cH2O,其中:Al2O3 ▪nH2O是水合氧化铝,Hx表示胶溶剂(例如盐酸、硝酸等单价强酸),系数:b<a、c、n,其胶体结构式如下图:

 #▲铝溶胶胶团结构式示意图
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                            #▲铝溶胶胶团结构模型
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▼日本川研精细化学可生产柱状、板状、六方板状、纤维状(纤维状)等多种形状的氧化铝溶胶

 //一、铝溶胶的应用

铝溶胶具有胶粘性、触变性、易分散性、水溶可逆性、悬浮性、带正电性、吸附性、稳定性等特性,在工业上被广泛应用。

01催化剂行业

①流化催化裂化(FCC)工艺是原油加工的重要组成部分,是炼油和渣油加工过程中的关键技术,已被广泛应用于世界炼油工业。粘结剂是催化裂化催化剂的一个重要组成部分,它的性能直接影响催化剂的理化性质,如粒度分布、磨损指数、孔径分布和催化反应活性等,在催化裂化工艺中发挥了巨大的作用。目前国内外炼油厂大部分采用双铝基粘结剂,即酸化拟薄水铝石与氧化铝溶胶。这是由于,用酸化拟薄水铝石作粘结剂制备出的FCC催化剂具有孔径分布好、选择性裂化大分子反应物的能力强等优点,而氧化铝溶胶作粘结剂制备出的FCC催化剂具有反应过程中产生焦炭少、耐磨性好等优点。

▲FCC催化剂的组分构成

02汽车尾气催化剂活性涂层

载体的表面一般附着着一层催化剂活性组分,可以很大程度的增加催化剂的比表面积来附着和分散贵金属等催化活性组分。γ-Al2O3具有大的比表面积,是用做催化剂载体较理想的涂层物质。将铝溶胶涂在堇青石载体上,然后培烧,是将γ-Al2O3涂附在载体上较好的方法。

03陶瓷及耐火材料领域中的应用

铝溶胶作为典型的无机溶胶,其具有的耐火耐高温性,强的粘结性以及优良的成膜性,使其广泛应用于玻璃纤维、石棉、陶瓷纤维等无机纤维的粘结剂,还可以应用于陶瓷器具的制造中。锅溶胶可用作高纯度耐火材料的黏结剂,其固相成分主要由氧化铝组成,具有更高的耐热性,此种特性使得铝溶胶广泛应用于低密度耐火器材工业。铝溶胶还可以通过与无机纤维材料或耐火材料混合,制备出具有一定粘稠度的耐热隔热材料、涂敷修饰材料和灌铸型耐火材料。在将铝溶胶作为添加剂加入到搪瓷釉料中时,能够有效降低搪烧温度,起到提高搪瓷制品的理化质量的作用。

▲玻璃纤维针刺毡

04防污易洁陶瓷涂层

陶瓷的防污性是指:陶瓷制品在正常使用过程中对日常污染源有一定的抗污耐污能力,通过陶瓷表面本身具有的物理化学性质是污染物难于粘附。在xxx的硕士论文中,以自制的铝溶胶为原料,将铝溶胶涂敷在陶瓷胚体表面,经高温烧结,制得具有防污易洁性能的陶瓷砖制品。

铝溶胶中的纳米,AlOOH粒子结合陶瓷胚体,经高温烧结后,能够有效堵塞陶瓷气孔并在表面形成致密的纳米,Al2O3粒子层,从而获得防污易洁性能良好的陶瓷砖制品。



05纺织品抗静电整理剂

一般认为穿纯棉工作服可防止服装静电积累,因而就安全,实际这种观点具有片面性。只有当空气相对湿度高于50%时才基本如此;而当相对湿度比较低时,纯棉制品的带电量明显增大。试验表明,在相对湿度低于30%时,纯棉织物的带电量与涤纶相当;而当相对湿度低于20%时,棉织物的带电量甚至会高于某些化纤织物。所以在气候干燥地区,纯棉制品不能消除服装静电危害。

目前抗静电整理剂的选择,一般具有吸湿性较强的有机物质,如甘油、聚乙二醇等多元醇,吸湿性较强的无机盐以及离子型溴化钾等物质,或者具有吸附性和定向性的表面活性剂、易于织物交联的基团以及改性树脂、复合树脂和反应性有机硅酮树脂等。非耐久性抗静电整理主要使用表面活性剂对织物或纤维进行整理,使纤维表面亲水性加强。当空气的相对湿度提高时,纤维表面形成水的吸附层,比电阻降低。用于抗静电整理的表面活性剂种类很多,其抗静电性能对于提高可纺性能以及经济效益各有差异。

专利文档CN105369592A提供了一种氧化铝溶胶纯棉织物抗静电整理剂的制备及整理方法,提高合成氧化铝溶胶抗静电整理剂的稳定性,同时提高了整理后纯棉织物的耐水洗能力。

用铝溶胶处理纺织纤维制品,可使制品获得良好的抗静电性和防吸尘性,并可改善织物观感。丙烯醛、聚丙烯、尼龙、涤纶等合成纤维均可以使用,羊毛、棉花等天然纤维也能使用。用铝溶胶处理纺织纤维,可明显增加纤维的光滑感。若与硅溶胶并用,更可成倍地发挥两者的优点,使纤维结实、耐磨、富有弹性,且具有较好的观感;用铝溶胶和硅溶胶的混合液处理渔网和各种网制品,可增加网眼和结点强度,提高耐冲击性能;用之处理登山绳、船用绳等各种绳制品时,可增加纤维对SiO2的吸附量,增大摩擦系数,提高耐磨性。

06氧化铝连续纤维前驱体

氧化铝连续纤维是一种高性能无机陶瓷材料,该纤维不仅具有高强度、耐腐蚀、耐高温等优异性能,同时还能与其他基体材料结合制成复合材料,使材料性能更加优异。铝溶胶是溶胶-凝胶法制备氧化铝连续纤维的重要原料,主要经过旋蒸浓缩、干法纺丝以及烧结等步骤制成氧化铝纤维,因此前驱体铝溶胶的性质直接决定氧化铝纤维的性能。

根据铝溶胶纺丝性能的不同将其大致分成两类,一类是纺丝性能良好的,另一类是纺丝性能较差的,有研究表明:纺丝性能良好的铝溶胶pH基本一致,在3.69~3.72之间;而纺丝性能较差的铝溶胶大致可分为两类,即pH高于3.72的(高pH铝溶胶)和pH低于3.69的(低pH铝溶胶)。

▲3M™,Nextel™,720,连续陶瓷氧化物纤维的粗纱形式

07乳化分散剂使用

铝溶胶是极有效的阳离子乳化剂,在有些具有一定极性而与又水难于亲合的植物油(例:亚麻油、桐油等)或脂类油的乳化中,既可单独使用,也可与非离子、其他阳离子表面活性剂并用。

08在造纸工业中的应用

在工业上用玻璃纤维为原料造纸时,往浆液中加入10~20%的铝溶胶,按照此工艺制造的纸,其纸张强度增强四倍。铝溶胶还能用于耐高温隔热纸的粘结剂,可以大幅提高纸的耐高温强度,使高温隔热纸能满足各种更加苛刻的使用要求。铝溶胶还可以作无机填充剂,能够提高纸的白度、平滑度、耐湿性等性能。

09陶瓷膜的涂层

一般将氧化铝溶胶和二氧化硅溶胶结合在一起,Al2O3,和,SiO2,的比例从,8:2,到,7:3,这种组合比单独使用胶态二氧化硅具有更好的硬度性能。

//二、铝溶胶的制备

铝溶胶在工业领域的用途越来越广,对其性能以及制备工艺的要求也各有不同。按照原料体系的不同,总结目前制备铝溶胶的方法主要有以下几种:①无机盐原料法。主要是以金属铝为原料,通过沉淀法制备Al2O3溶胶;②粉体分散法。利用胶溶剂对拟薄水铝石粉(SB粉)或Al2O3粉进行酸化,分散制备铝溶胶;③有机醇盐水解法。通过铝的有机醇盐与水发生水解反应,来制备铝溶胶,通常也称为溶胶-凝胶(Sol-Gel)法或Yoldas法。④盐酸法。盐酸与金属铝进行反应制得铝溶胶。

1)无机盐原料法

无机盐原料法就是以无机铝盐(AlCl3或Al(NO3)3等)为原料,加入胶溶剂酸(硝酸,盐酸,柠檬酸等),以氨水为或其它碱性物质为催化剂,通过调节溶液的pH值,使溶液中的Al3+水解,生成沉淀,即可制得具有一定粘度和流动性的淡黄色透明铝溶胶。

2)粉体分散法

以SB粉或Al2O3粉等现有的工业产品为原料,通过对粉体进行分散并获得溶胶。SB粉是一种纯度非常高的拟薄水石型的Al(OH)3,主要组成是Y-AlOOH,其质量分数在76.2%左右,其余的主要是H2O。

SB粉直接胶解法是以SB粉为原料,HNO3为胶溶剂,一起加入到温度为84℃的水中,然后搅拌解胶,老化回流后,即制得铝溶胶。

3)有机醇盐水解法(也称溶胶-凝胶,Yoldas法)

在目前众多制备铝溶胶的方法中,以有机铝盐(如异丙醇铝)为原料制备铝溶胶最为广泛,研究的也最多。该方法主要是在拥有搅拌、回流和加料功能的装置中,将有机醇盐缓慢加入到一定初温的蒸馏水中,水解后并形成沉淀,通过加入单价强酸使沉淀成胶,然后升温至80℃以上回流一定时间,便得到透明稳定的氧化铝溶胶。

4)盐酸法

通过盐酸与金属铝进行反应制得铝溶胶,一般溶液中Al:Cl的摩尔比为1.1:1,铝溶胶的pH范围为2~3,呈较强的酸性,腐蚀性很强,而且如果对其加热,溶液中就会放出大量强腐蚀性的HCl气体,因此,通过盐酸法制得的铝溶胶的应用范围受到了极大地限制。

1、专利文档CN105369592A:一种氧化铝溶胶纯棉织物抗静电整理剂的制备及整理方法

粉体圈编辑:Alpha




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