氫氧化鋁團聚顆粒及製法、所用容器和氫氧化鋁粉末製法的製作方法
2023-10-23 02:37:02 1
專利名稱：氫氧化鋁團聚顆粒及製法、所用容器和氫氧化鋁粉末製法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於生產可以獲得改善透明性的含填料樹脂組合物的氫氧化鋁粉末的方法，涉及作為其所用材料的氫氧化鋁團聚顆粒，其生產方法及其所用容器。
至於生產氫氧化鋁的工業方法，迄今為止已知的方法包括在籽晶的存在下使過飽和鋁酸鈉水溶液水解。例如，JP63-23131B公開了一種方法，其包括把多個容器串聯連接，把過飽和鋁酸鈉水溶液連續送入第一個容器，使過飽和鋁酸鈉水溶液在籽晶的存在下水解，使水解可以進行並把該溶液依次送入第二個容器和第三個容器，獲得氫氧化鋁。
但是，即使通過上述方法獲得的氫氧化鋁填充在樹脂中，也不可能獲得具有足夠透明性的樹脂組合物。
本發明的目的是提供一種氫氧化鋁團聚顆粒，其可以合適地用於生產氫氧化鋁粉末，該粉末在填充到樹脂等中時可以獲得呈現高透明性的樹脂組合物，提供一種生產所述團聚顆粒的方法，一種其所用的容器，以及一種使用所述團聚顆粒生產氫氧化鋁粉末的方法。
圖2是
圖1所示的容器的示意橫截面圖。
圖中的參考數字表示以下意義。
1表示濃縮區，2表示澄清區，3表示容器，4表示擋板、5表示攪拌葉片，6表示旋轉軸，7表示攪拌器，8表示清掃器，9表示排出口，10表示防腐材料，11表示導流葉片為了解決上述問題，本發明人已經進行了廣泛的研究，因此完成了本發明。
因此，根據本發明，提供了氫氧化鋁團聚顆粒，其平均顆粒直徑不小於40微米，在1,000kg/cm2加壓後測定的平均顆粒直徑不大於35微米，通過把20ml甘油與10g該氫氧化鋁團聚顆粒混合獲得的漿料的L值不大於69。
根據本發明，還提供了一種生產氫氧化鋁團聚顆粒的方法，其包括以下步驟(a)向一個容器中送入過飽和鋁酸鈉水溶液，(b)向該過飽和鋁酸鈉水溶液中加入氫氧化鋁籽晶，以便在所述容器中形成加入籽晶的溶液，(c)攪拌該容器中的加入籽晶的溶液，同時向該容器中連續送入過飽和鋁酸鈉水溶液，來水解過飽和鋁酸鈉水溶液，以獲得氫氧化鋁團聚顆粒和鋁酸鈉水溶液，(d)使該氫氧化鈉團聚顆粒與鋁酸鈉水溶液分離，和(e)把鋁酸鈉水溶液連續排出該容器。
根據本發明，還提供了一種生產氫氧化鋁粉末的方法，其包括把如上所獲得的氫氧化鋁團聚顆粒破碎。
根據本發明，還提供了一種生產氫氧化鋁團聚顆粒的上述方法所用的容器，即一種具有由圍壁和底部限定的空腔的容器，其中，所述容器具有一個在所述壁下部的供料口，兩個或多個安裝在所述壁內表面上的擋板，使得所述擋板向空腔內突出並沿著所述壁的內表面從底部上方即開始延伸到距離底部預定高度，和一個位於空腔內並在擋板的預定高度下面的空間內的攪拌葉片。
本發明的氫氧化鋁團聚顆粒(下文稱為「團聚顆粒」)的平均顆粒直徑為40微米或更大，優選的是50微米或更大，更優選的是60微米或更大，並且在1,000kg/cm2下加壓後測定的平均顆粒直徑不大於35微米。每個團聚顆粒是至少2個，優選的是8個或更多的一次顆粒的集合。對於團聚顆粒，在加壓後測定的平均顆粒直徑小於加壓前的平均顆粒直徑，加壓前後的平均顆粒直徑差通常不小於5微米。加壓後測定的平均顆粒直徑更小的事實表明，團聚顆粒的粘合力弱，並且所述顆粒容易破碎形成一次顆粒。上述平均顆粒直徑可以用雷射散射型顆粒分布測量設備測定。
在本發明的團聚顆粒中，通過把20ml甘油和10g團聚顆粒混合獲得的漿料在由Commission International de l』Eclairage說明的實驗室表徵系統中的L值不大於69。即使它們破碎並填充在樹脂中，L值高於69的團聚顆粒也不能得到具有高透明性的樹脂組合物。團聚顆粒的L值越小越好，例如優選的是不大於65，更優選的是不大於63。
例如，可以通過包括以下步驟的方法獲得具有上面所示特性的本發明的團聚顆粒(a)向一個容器中送入過飽和鋁酸鈉水溶液，(b)向該過飽和鋁酸鈉水溶液中加入氫氧化鋁籽晶(下文縮寫為「籽晶」)，以便在所述容器中形成加入籽晶的溶液，(c)攪拌在該容器中的加入籽晶的溶液，同時向該容器中連續送入另外的過飽和鋁酸鈉水溶液，以便使過飽和鋁酸鈉水溶液水解，獲得團聚顆粒，(d)把團聚顆粒與鋁酸鈉水溶液分離，和(e)把鋁酸鈉水溶液連續排出該容器。
在步驟(a)中，送入所述容器的過飽和鋁酸鈉水溶液優選的是有效Na2O(苛性Na2O)濃度約為120-180g/l，Al2O3濃度約為120-180g/l，摩爾比(Na2O/Al2O3)約為1.2-1.8。術語「有效Na2O」是指通過從鋁酸鈉水溶液中的總Na2O含量中減去Na2CO3含量(用Na2O表示)所得的值。過飽和鋁酸鈉水溶液例如可以通過一種如下的方法製備即把鋁礬土與氫氧化鈉水溶液混合，把所得的混合物在120℃或更高的溫度加熱，以提取鋁礬土中的氧化鋁成分，然後使該混合物經過分離，例如用增稠劑，過濾所獲得的鋁酸鈉水溶液，並冷卻濾液；或者通過一種如下的方法製備把氫氧化鋁與氫氧化鈉混合，在120℃或更高的溫度下加熱該混合物以溶解氫氧化鋁，使該混合物經過分離，例如過濾，並冷卻所得的鋁酸鈉溶液。過飽和鋁酸鈉水溶液也可以通過以下方法製備把氫氧化鋁與水解後的飽和鋁酸鈉水溶液或不飽和鋁酸鈉水溶液混合，在120℃或更高的溫度下加熱該混合物以溶解氫氧化鋁，然後過濾，並冷卻所得的鋁酸鈉水溶液。
在步驟(b)中加入的籽晶優選的是平均顆粒直徑約為1-2微米。與通過研磨粗氫氧化鋁獲得的籽晶相比，通過包括沒有採取研磨把酸性鋁鹽如硫酸鋁加入到鋁酸鈉水溶液中來引起水解的方法製備的籽晶是更優選的。籽晶的加入可以縮短直至通過過飽和鋁酸鈉水溶液的水解形成氫氧化鋁所經過的誘導時間，並控制最終獲得的氫氧化鋁粉末的顆粒直徑。籽晶的量可以根據要求的氫氧化鋁粉末的顆粒直徑合適地確定。
在步驟(c)中的攪拌例如可以使用機械攪拌器進行。攪拌葉片的圓周速度優選的是0.1m/s或更大。該圓周速度優選的是不大於5m/s。
在步驟(d)中的分離例如可以通過利用團聚顆粒與鋁酸鈉水溶液之間的比重差的方法進行。通過分離，團聚顆粒通常向容器下部運動，而鋁酸鈉水溶液向容器上部運動。因此，團聚顆粒沉積在容器下部，獲得具有高固體濃度的漿料。該漿料的固體(團聚顆粒)濃度優選的是600g/l或更大，更優選的是700g/l或更大，並且優選的是不大於1000g/l，更優選的是不大於900g/l。
在步驟(e)中，排出所述容器的鋁酸鈉水溶液優選的是具有約120-180g/l的有效Na2O(苛性Na2O)濃度，約60-80g/l的Al2O3濃度，摩爾比(Na2O/Al2O3)約為2-3.5。
上述步驟(a)、(b)、(c)、(d)和(e)優選的是在單個容器中進行。本文所用容器的一個實例表示在圖1中。容器3在其下部有供料口(圖中未示出)和擋板4。如圖2所示，擋板4從容器3的壁的內圓周表面突出，並在容器3的圓周方向中以預定間隔提供許多個(例如2-10個)。擋板4的每一個從容器3的底部上方即沿著容器3的垂直方向(旋轉軸的方向)延伸。通過如此提供的擋板，提高攪拌效率，並且在攪拌時，沿著容器3的壁的內表面形成上升流，因此在由擋板4的高度表明的濃縮區1中的漿料可以實現基本完全的混合狀態。由於以完全混合狀態在濃縮區1中水解鋁酸鈉水溶液，可以獲得僅具有弱粘合力並容易破碎的團聚顆粒。上升流可以達到的高度受擋板4的高度影響。擋板4的高度增大越多，上升流達到的點越高，並且濃縮區1尺寸增大。通常擋板4的上端和濃縮區1的上端近似在相同的水平面上。相對於容器3的總高度，擋板4的高度優選的是50％或更大，更優選的是70％或更大，最優選的是75％或更大，且優選的是不超過90％，更優選的是不超過80％。容器3有攪拌器7，攪拌器7由攪拌葉片5和驅動葉片5的旋轉軸6組成。例如，攪拌葉片5是一種攪拌葉片並提供在濃縮區1中。旋轉軸6通常提供在容器3的截面中心，垂直於容器的縱軸(perpendicular to the longitudinal direction)。通過攪拌葉片5的旋轉，攪拌濃縮區1的漿料。在旋轉軸6的下端部分，提供清掃器8。藉助於清掃器8，可以防止團聚顆粒沉降到容器3底部。
當使用容器3生產的團聚顆粒時，在容器3中形成濃縮區，和在濃縮區1以上的澄清區2。用容器3本身，除了過飽和鋁酸鈉水溶液的水解和團聚顆粒與鋁酸鈉水溶液的分離以外，也可以進行團聚顆粒的濃縮。
在不高於擋板4的高度以下的容器3的壁的內表面和容器底部內表面優選的是襯有防腐材料10。所用的防腐材料例如可以是金屬材料如不鏽鋼、鎳、鎳合金和鈦；無機材料如陶瓷；有機材料如氟樹脂。加襯裡例如可以通過火焰噴塗或烘烤上述金屬材料或無機材料的方法進行；或者通過焊接或粘結厚度為1毫米或更大，優選的是2毫米或更大，且優選的是不大於10，優選的是不大於3毫米的金屬材料製成的板的方法進行；或者通過粘結有機材料的方法進行。用如此加襯的防腐材料10，可以防止與濃縮區1接觸的容器3的壁的內表面的腐蝕，並且可以減少最終獲得的氫氧化鋁粉末的著色。例如，當混合10g甲基丙烯酸甲酯和18g所獲得的氫氧化鋁粉末時，在由CommissionInternational de l』Eclairage表明的Lab表徵系統中，所得的漿料呈現不大於3，優選的是不大於2的b值。越小的b值表明著色約低。
在與澄清區2接觸的容器3的壁的內圓周表面上提供突出的多個(例如2-8個)導流葉片11。這些導流葉片11起促進通過水解形成的鋁酸鈉水溶液與團聚顆粒在濃縮區1中相互分離的作用，並改善鋁酸鈉水溶液的澄清度。導流葉片11的數量和尺寸不特別限制，只要不損害液體的澄清效果即可。由於團聚顆粒基本不存在于澄清區2中，與澄清區2接觸的容器3的內表面不需要襯防腐材料10。在澄清區2中的鋁酸鈉水溶液從在容器3上部提供的排出口(圖中未示出)排出到容器3之外。
在使用上述容器生產氫氧化鋁粉末過程中，首先，把預定量的過飽和鋁酸鈉水溶液送入容器3，使得可以攪拌該容器的內容物。向容器3中加入籽晶，驅動攪拌器7，然後把過飽和鋁酸鈉水溶液連續送入容器3中，並且在攪拌所述內容物的同時，水解過飽和鋁酸鈉水溶液。當繼續向容器3中送入過飽和鋁酸鈉水溶液時，液面上升並達到擋板4的上端，當再繼續餵料時，達到在容器3上部提供的排出口。在容器3中，由於分離，獲得團聚顆粒和鋁酸鈉水溶液。在濃縮區1中的固體(團聚顆粒)濃度逐漸增大。另一方面，鋁酸鈉水溶液從容器3上部提供的排出口排出到容器3之外。此後，連續進行包括從容器3下部送入過飽和鋁酸鈉水溶液和排出等量的鋁酸鈉水溶液的操作。通過這種操作，在濃縮區1中的固體濃度隨連續送入的過飽和鋁酸鈉水溶液的量增大而增大。在上述系列操作中，容器3的溫度保持在45℃或以上，優選的是50℃或以上，並且保持在80℃或以下，優選的是60℃或以下。在團聚顆粒的平均顆粒直徑達到預定值(例如80微米)時，中止過飽和鋁酸鈉水溶液的送入，並把反應混合物在攪拌條件下保持預定的時間。此時，濃縮區1的固體濃度優選的是600g/l或更大，更優選的是700g/l或更大，且優選的是不大於1,000g/l，更優選的是不大於900g/l。送入過飽和鋁酸鈉水溶液過程的時間，雖然其根據預計的顆粒直徑而變化，但是優選的是不小於500小時，且優選的是不大於1,000小時。把濃縮區1中的團聚顆粒從容器3底部提供的排出口9排出，通過離心、過濾等與液體分離，然後根據需要進行洗滌。
然後，把團聚顆粒破碎，獲得氫氧化鋁粉末。優選的是通過可以破壞一個一次顆粒與另一個一次顆粒之間的結合而基本不破壞構成團聚顆粒的一次顆粒本身的方法進行所述破碎，並且優選的是例如用混練機、混合機、擠出機等進行。根據需要，該氫氧化鋁粉末可以經過乾燥或表面處理。如此獲得的氫氧化鋁粉末的平均顆粒直徑優選的是不小於10微米，並且優選的是不大於35微米，並且可以合適地用作樹脂如不飽和聚酯樹脂、丙烯酸樹脂和環氧樹脂的填料。
表1
表2
把以上獲得的團聚顆粒用與實施例中所述的「氫氧化鋁粉末的製備和評價」中相同的方法處理。如此獲得的人造大理石沒有足夠的透明性。
重複與實施例2中所述的「氫氧化鋁粉末的製備」相同的過程製備了氫氧化鋁粉末，但是沒有為所述容器加不鏽鋼襯裡。在與實施例2中所述的「氫氧化鋁粉末的評價」相同的條件下評價如此獲得的氫氧化鋁粉末。所得結果表示在表3中。
表3
根據本發明的氫氧化鋁團聚顆粒及其生產方法，獲得作為生產氫氧化鋁粉末用的材料的氫氧化鋁團聚顆粒，所述氫氧化鋁粉末填充在樹脂中時又可以提供具有高透明性的樹脂組合物。根據本發明的生產氫氧化鋁粉末的方法是一種使用上述氫氧化鋁團聚顆粒的方法，根據該方法，可以容易地獲得氫氧化鋁粉末。此外，使用根據本發明的容器可以簡便的方法生產氫氧化鋁團聚顆粒。
權利要求
1.一種氫氧化鋁團聚顆粒，其平均顆粒直徑不小於40微米，在1,000kg/cm2下加壓後測定的平均顆粒直徑不大於35微米，並且通過混合20ml甘油和10g氫氧化鋁團聚顆粒獲得的漿料的L值不大於69。
2.根據權利要求1的氫氧化鋁團聚顆粒，其中，所述漿料的L值不大於65。
3.一種生產氫氧化鋁團聚顆粒的方法，其包括以下步驟(a)向一個容器中送入過飽和鋁酸鈉水溶液，(b)向過飽和鋁酸鈉水溶液加入氫氧化鋁籽晶，以便在所述容器中形成加入籽晶的溶液，(c)在該容器中攪拌所述加入籽晶的溶液，同時連續向該容器中加入另外的飽和鋁酸鈉水溶液，使過飽和鋁酸鈉水溶液水解，以獲得氫氧化鋁團聚顆粒和鋁酸鈉水溶液，(d)把氫氧化鋁團聚顆粒與鋁酸鈉水溶液分離，和(e)把鋁酸鈉水溶液連續排出所述容器。
4.根據權利要求3的方法，其中，在步驟(a)和(c)中的過飽和鋁酸鈉水溶液的有效Na2O(苛性Na2O)濃度為120-180g/l，Al2O3濃度為120-180g/l，摩爾比(Na2O/Al2O3)為1.2-1.8。
5.根據權利要求3的方法，其中，在步驟(b)中加入氫氧化鋁籽晶的平均顆粒直徑1-2微米。
6.根據權利要求3的方法，其中，在步驟(c)中的水解在45-80℃進行。
7.根據權利要求3的方法，其中，在步驟(c)中的攪拌用帶有攪拌葉片的機械攪拌器進行，所述攪拌葉片以不小於0.1m/s的圓周速度旋轉。
8.根據權利要求3的方法，其中，在步驟(d)中的分離進行到使氫氧化鋁團聚顆粒濃縮到600g/l或更大的濃度。
9.根據權利要求3的方法，其中，在步驟(e)中排出所述容器的鋁酸鈉水溶液的有效Na2O(苛性Na2O)濃度為120-180g/l，Al2O3濃度為60-80g/l，摩爾比(Na2O/Al2O3)為2-3.5。
10.一種生產氫氧化鋁粉末的方法，其包括把由根據權利要求3的方法獲得的氫氧化鋁團聚顆粒破碎的步驟。
11.根據權利要求10的方法，其中，所述破碎用混練機、混合機或擠出機進行。
12.一種容器，具有由圍壁和底部限定的空腔，其中，所述容器具有一個在所述壁下部的供料口，兩個或多個安裝在所述壁內表面上的擋板，使得所述擋板向著所述空腔突出並從底部即開始沿著所述壁的內表面在垂直方向上延伸到離底部預定的高度上，和位於所述空腔內並且位於所述擋板的預定高度以下的空間內的攪拌葉片。
13.根據權利要求12的容器，其中，所述底部的內表面和在所述擋板的高度以下的壁的內表面襯有防腐材料。
全文摘要
平均顆粒直徑不小於40微米、在1,000kg/cm
文檔編號B01F15/00GK1417125SQ02149840
公開日2003年5月14日 申請日期2002年11月7日 優先權日2001年11月7日
發明者加藤久勝, 和田雅司, 江口直行, 佐佐木浩史 申請人:住友化學工業株式會社