高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法
2023-06-26 17:58:51
專利名稱：高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法
技術領域：
本發明涉及一種具有高分散性的納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法。該法所得到的納米氧化鋁粒徑小，粒徑分布均勻，並能穩定分散在水中。
背景技術：
納米氧化鋁有著優異的物理化學性質，在生產生活中有著極其廣泛的用途，被用於製作催化劑及載體，精細陶瓷，新型塗料，醫學新材料，阻燃材料，橡膠抗老化劑，光纜，吸附劑等等。但是，由於納米氧化鋁粒徑小，比表面積和表面能都很大，很容易發生團聚，當納米氧化鋁粉體能穩定分散在某種介質，特別是水中時，則會大大提升其應用價值，如，將納米氧化鋁溶膠添加到丙烯酸樹脂，聚氨酯樹脂，環氧樹脂等樹脂的水性液體中，可明顯提高樹脂的硬度及阻燃性能。陶瓷澆鑄以及製作防護塗料方面等，高水分散性納米氧化鋁也體現出一定的優越性。然而，國內外關於高水分散性的納米氧化鋁的研究報導非常少。根據相關研究，氧化鋁在水中的溶解度是非常有限的，主要是受限於溶液的PH值，溫度，以及溶液中的其它離子[George V. F.，Yang G. Charging behavior at the alumina-water interface and implications for ceramic processing J. Am. Ceram. Soc. 2007，90， 3373-3388]。要想增大氧化鋁在水中的溶解性，一方面可改變溶液的pH值，當溶液的pH 7時，氧化鋁能很好的溶解在水中；一方面可向納米氧化鋁的分散液中加入表面活性劑或是分散劑，也可實現納米氧化鋁的穩定分散[朱冬生，李新芳，王先菊等氧化鋁-水納米流體的製備及其分散性研究化工新型材料2007，35，45-47]；另一方面，也可對納米氧化鋁進行表面修飾，修飾上具有親水性的物質後，可以使納米氧化鋁穩定分散在水中。Andr6R.S.等人在粒徑為65nm的氧化鋁表面修飾上某種聚合物，一種聚合物的頭部是能與兩性氧化物有很好結合力的基團，如1，2，3_苯三酚，尾部是具有親水性的聚乙二醇長鏈，另一種是梳子狀的共聚物聚甲基丙烯酸酯-聚乙二醇，分別以這兩種經改造後的聚乙二醇為橋梁，可使納米氧化鋁能很好的分散在水中[Andr6R.S.et al. , Colloidal stabilization of nanoparticles in concentrated suspensions Langmuir 2007,23, 1081-1090]。在本發明中，我們採用一種非水溶膠凝膠法合成了具備高分散性的納米氧化鋁粉體，將所得不同量的納米氧化鋁粉體與水混合，即可得到不同濃度的納米氧化鋁水分散液， 所得到的氧化鋁分散液非常穩定，在此分散過程中，不需要調節溶液PH值，也不需另外加入分散劑，這樣可避免引入其它雜質離子，也不需經過對製得的納米氧化鋁進行表面修飾這一複雜過程，因此，該高分散性納米氧化鋁具有很強的實用性。在整個生產工藝中，原料易得，操作簡單，無繁瑣的樣品後處理過程，反應產率高達98%，工業放大因素小，能實現高分散納米氧化鋁的工業化生產。
發明內容
本發明的目的是提供一種高分散性納米氧化鋁粉體的非水溶膠凝膠製備方法，該方法是將鋁鹽溶解在醇類溶劑中，得到的前驅體經非水溶膠凝膠熱處理後即可得到高分散性納米氧化鋁粉體。本發明為實現上述目的，採用的技術方案如下一種高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法，其特徵在於，採用低溫非水溶膠凝膠法製備，製備步驟依次為步驟1 在醇類溶劑中加入鋁鹽，配成鋁鹽的量為0. 5 1. 5摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1中得到的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度100 200°C，時間為 6 48小時；步驟3 步驟2的反應結束後，用無水乙醇洗滌樣品，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具有高分散性的納米氧化鋁粉體。本發明的高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法，採用低溫非水溶膠凝膠法製備，製備步驟依次為步驟1 在醇類溶劑中加入鋁鹽，配成鋁鹽的量為0. 5 1. 2摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1中得到的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度100 180°C，時間為 18 36小時；步驟3 步驟2的反應結束後，用無水乙醇洗滌樣品，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具有高分散性的納米氧化鋁粉體。本發明的高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法中，所述的鋁鹽為六水合三氯化鋁、無水三氯化鋁、九水合硝酸鋁、硫酸鋁、十二水合硫酸鋁銨或異丙醇鋁；所述的醇類為甲醇，乙醇，異丙醇，正丁醇，異丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇或苯甲醇。本發明的優點在於1、合成的納米氧化鋁粒徑小，粒徑分布均勻。2、該納米氧化鋁能穩定的分散在水中。3、合成原料易得，工藝過程簡單，工業放大因素小，產率高，符合實際生產的需要。
圖1為所製備的納米氧化鋁的X-射線粉末衍射(XRD)圖譜圖譜對應於γ -氧化鋁(JCPDS No. 10-425)，該納米氧化鋁的XRD峰較寬，表明粒子的粒徑很小。圖2為不同濃度的納米氧化鋁水分散液的實物照片圖中1-納米氧化鋁水分散液的質量百分比濃度為0. 的初始照片，2-納米氧化鋁水分散液的質量百分比濃度為的初始照片，3-納米氧化鋁水分散液的質量百分比濃度為10%的初始照片，4-納米氧化鋁水分散液的質量百分比濃度為0. 的48小時後的照片，5-納米氧化鋁水分散液的質量百分比濃度為的48小時後的照片，6-納米氧化鋁水分散液的質量百分比濃度為10%的48小時後的照片。由照片可見，該水分散液至少能穩定保持48小時。測其kta電位，分別為44. 7毫伏，35. 5毫伏和31. 3毫伏，Zeta電位的絕對值均大於30毫伏，說明本發明中所製備的納米氧化鋁能穩定分散在水中，且其濃度可高達 10%。
具體實施例方式實施例1高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備，採用低溫非水溶膠凝膠法製備，製備步驟依次為步驟1 在甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇或苯甲醇溶劑中加入鋁鹽六水合三氯化鋁、無水三氯化鋁、九水合硝酸鋁、硫酸鋁、十二水合硫酸鋁銨或異丙醇鋁，配成鋁鹽的量為0. 5 1. 5摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1中得到的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度100 200°C，時間為 6 48小時；步驟3 步驟2的反應結束後，用無水乙醇洗滌樣品，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具有高分散性的納米氧化鋁粉體；實施例2高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備，採用低溫非水溶膠凝膠法製備，製備步驟依次為步驟1 在甲醇，乙醇，異丙醇，正丁醇，異丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇或苯甲醇溶劑中加入鋁鹽六水合三氯化鋁、無水三氯化鋁、九水合硝酸鋁、硫酸鋁、十二水合硫酸鋁銨或異丙醇鋁，配成鋁鹽的量為0. 5 1. 2摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1中得到的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度100 180°C，時間為 18 36小時；步驟3 步驟2的反應結束後，用無水乙醇洗滌樣品，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具有高分散性的納米氧化鋁粉體；實施例3高分散性納米氧化鋁粉體製備，製備步驟為步驟1 在苯甲醇中加入無水三氯化鋁，配成無水三氯化鋁的量為0. 5摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度為180°C，時間為20小時；步驟3 步驟2結束後，離心，並將離心得到的產物用乙醇洗滌3次，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具備高分散性的納米氧化鋁粉體。實施例4高分散性納米氧化鋁粉體製備，製備步驟為步驟1 在苯甲醇中加入硫酸鋁，配成硫酸鋁的量為1. 0摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度為180°C，時間為20小時；步驟3 步驟2結束後，離心，並將離心得到的產物用乙醇洗滌3次，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具備高分散性的納米氧化鋁粉體。實施例5高分散性納米氧化鋁粉體製備，製備步驟為步驟1 在苯甲醇中加入異丙醇鋁，配成異丙醇鋁的量為0. 6摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度為180°C，時間為20小時；步驟3 步驟2結束後，離心，並將離心得到的產物用乙醇洗滌3次，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具備高分散性的納米氧化鋁粉體。實施例6高分散性納米氧化鋁粉體製備，製備步驟為步驟1 在乙醇中加入無水三氯化鋁，配成三氯化鋁的量為0. 8摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度為120°C，時間為M小時；步驟3 步驟2結束後，離心，並將離心得到的產物用乙醇洗滌3次，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具備高分散性的納米氧化鋁粉體。實施例7高分散性納米氧化鋁粉體製備，製備步驟為步驟1 在乙二醇中加入異丙醇鋁，配成異丙醇鋁的量為1. 0摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度為150°C，時間為18小時；步驟3 步驟2結束後，離心，並將離心得到的產物用乙醇洗滌3次，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具備高分散性的納米氧化鋁粉體。實施例8高分散性納米氧化鋁粉體製備，製備步驟為步驟1 在甲醇中加入無水三氯化鋁，配成無水三氯化鋁的量為1.2摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度為100°C，時間為M小時；步驟3 步驟2結束後，離心，並將離心得到的產物用乙醇洗滌3次，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具備高分散性的納米氧化鋁粉體。實施例9高分散性納米氧化鋁粉體製備，製備步驟為步驟1 在異丙醇中加入無水三氯化鋁，配成無水三氯化鋁的量為1. 0摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度為150°C，時間為M小時；步驟3 步驟2結束後，離心，並將離心得到的產物用乙醇洗滌3次，產物在50°C空氣中乾燥12小時，即得到具備高分散性的納米氧化鋁粉體。實施例10高分散性的納米氧化鋁粉體製備，製備步驟為步驟1 在正丁醇中加入九水合硝酸鋁，配成九水合硝酸鋁的量為0. 5摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度為150°C，時間為36小時；步驟3 步驟2結束後，離心，並將離心得到的產物用乙醇洗滌3次，產物在50°C空氣中乾燥12 小時，即得到具備高分散性的納米氧化鋁粉體。
權利要求
1.高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法，其特徵在於，採用低溫非水溶膠凝膠法製備，製備步驟依次為步驟1 在醇類溶劑中加入鋁鹽，配成鋁鹽的量為0. 5 1. 5摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1中得到的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度100 200°C，時間為6 48小時；步驟3 步驟2的反應結束後，用無水乙醇洗滌樣品，產物在50°C空氣中乾燥12小時， 即得到具有高分散性的納米氧化鋁粉體。
2.根據權利要求1所述的高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法，其特徵在於，採用低溫非水溶膠凝膠法製備，製備步驟依次為步驟1 在醇類溶劑中加入鋁鹽，配成鋁鹽的量為0. 5 1. 2摩爾/升的前驅體；步驟2 將步驟1中得到的前驅體進行溶劑熱處理，處理溫度100 180°C，時間為18 36小時；步驟3 步驟2的反應結束後，用無水乙醇洗滌樣品，產物在50°C空氣中乾燥12小時， 即得到具有高分散性的納米氧化鋁粉體。
3.根據權利要求1或2所述的高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法，其特徵在於，所述的鋁鹽為六水合三氯化鋁、無水三氯化鋁、九水合硝酸鋁、硫酸鋁、十二水合硫酸鋁銨或異丙醇鋁；所述的醇類為甲醇，乙醇，異丙醇，正丁醇，異丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇或苯甲醇。
全文摘要
本發明提供了一種高分散性納米氧化鋁的非水溶膠凝膠製備方法。本方法包括以下步驟，將鋁鹽和醇類溶劑混合配成前驅體，所得到的前驅體經過低溫非水溶劑熱處理後，產物經乙醇洗滌離心後乾燥，即可得到具有高分散性的納米氧化鋁粉體。該納米氧化鋁粒徑小，粒徑分布均勻，且可穩定分散於水中。在整個生產工藝中，原料易得，操作簡單，無繁瑣的樣品後處理過程，反應產率高達98％，工業放大因素小，能實現高分散納米氧化鋁的工業化生產。
文檔編號C01F7/02GK102180497SQ201110061648
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月15日 優先權日2011年3月15日
發明者吳娜, 張禮知, 徐勇, 徐進 申請人:宣城晶瑞新材料有限公司