鋁溶膠/氧化鋁溶膠/勃姆石溶膠的應(yīng)用

鋁溶膠/氧化鋁溶膠/勃姆石溶膠的應(yīng)用

鋁溶膠是帶正電的一水合氧化鋁微細(xì)粒子分散在水中的膠體溶液。具體的來(lái)講是一種由許許多多大小在1~100mm之間的固體AlOOH粒子分散在水溶液中的具有液體特征的膠體體系，通常也稱作AlOOH溶膠/氧化鋁溶膠/勃姆石溶膠，鋁溶膠的化學(xué)分子式可以表示為a(Al2O3?nH2O) ?bHx ?cH2O，其中：Al2O3 ?nH2O是水合氧化鋁，Hx表示膠溶劑（例如鹽酸、硝酸等單價(jià)強(qiáng)酸），系數(shù)：b<a、c、n，其膠體結(jié)構(gòu)式如下圖：

#▲鋁溶膠膠團(tuán)結(jié)構(gòu)式示意圖
>>                           #▲鋁溶膠膠團(tuán)結(jié)構(gòu)模型
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▼日本川研精細(xì)化學(xué)可生產(chǎn)柱狀、板狀、六方板狀、纖維狀（纖維狀）等多種形狀的氧化鋁溶膠

//一、鋁溶膠的應(yīng)用

鋁溶膠具有膠粘性、觸變性、易分散性、水溶可逆性、懸浮性、帶正電性、吸附性、穩(wěn)定性等特性，在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用。

01催化劑行業(yè)

①流化催化裂化(FCC)工藝是原油加工的重要組成部分,是煉油和渣油加工過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù),已被廣泛應(yīng)用于世界煉油工業(yè)。粘結(jié)劑是催化裂化催化劑的一個(gè)重要組成部分，它的性能直接影響催化劑的理化性質(zhì)，如粒度分布、磨損指數(shù)、孔徑分布和催化反應(yīng)活性等，在催化裂化工藝中發(fā)揮了巨大的作用。目前國(guó)內(nèi)外煉油廠大部分采用雙鋁基粘結(jié)劑，即酸化擬薄水鋁石與氧化鋁溶膠。這是由于，用酸化擬薄水鋁石作粘結(jié)劑制備出的FCC催化劑具有孔徑分布好、選擇性裂化大分子反應(yīng)物的能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而氧化鋁溶膠作粘結(jié)劑制備出的FCC催化劑具有反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生焦炭少、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)。

▲FCC催化劑的組分構(gòu)成

02汽車尾氣催化劑活性涂層

載體的表面一般附著著一層催化劑活性組分，可以很大程度的增加催化劑的比表面積來(lái)附著和分散貴金屬等催化活性組分。γ-Al2O3具有大的比表面積，是用做催化劑載體較理想的涂層物質(zhì)。將鋁溶膠涂在堇青石載體上，然后培燒，是將γ-Al2O3涂附在載體上較好的方法。

03陶瓷及耐火材料領(lǐng)域中的應(yīng)用

鋁溶膠作為典型的無(wú)機(jī)溶膠，其具有的耐火耐高溫性，強(qiáng)的粘結(jié)性以及優(yōu)良的成膜性，使其廣泛應(yīng)用于玻璃纖維、石棉、陶瓷纖維等無(wú)機(jī)纖維的粘結(jié)劑，還可以應(yīng)用于陶瓷器具的制造中。鍋溶膠可用作高純度耐火材料的黏結(jié)劑，其固相成分主要由氧化鋁組成，具有更高的耐熱性，此種特性使得鋁溶膠廣泛應(yīng)用于低密度耐火器材工業(yè)。鋁溶膠還可以通過(guò)與無(wú)機(jī)纖維材料或耐火材料混合，制備出具有一定粘稠度的耐熱隔熱材料、涂敷修飾材料和灌鑄型耐火材料。在將鋁溶膠作為添加劑加入到搪瓷釉料中時(shí)，能夠有效降低搪燒溫度，起到提高搪瓷制品的理化質(zhì)量的作用。

▲玻璃纖維針刺氈

04防污易潔陶瓷涂層

陶瓷的防污性是指：陶瓷制品在正常使用過(guò)程中對(duì)日常污染源有一定的抗污耐污能力，通過(guò)陶瓷表面本身具有的物理化學(xué)性質(zhì)是污染物難于粘附。在xxx的碩士論文中，以自制的鋁溶膠為原料，將鋁溶膠涂敷在陶瓷胚體表面，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，制得具有防污易潔性能的陶瓷磚制品。

鋁溶膠中的納米，AlOOH粒子結(jié)合陶瓷胚體，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后，能夠有效堵塞陶瓷氣孔并在表面形成致密的納米，Al2O3粒子層，從而獲得防污易潔性能良好的陶瓷磚制品。

05紡織品抗靜電整理劑

一般認(rèn)為穿純棉工作服可防止服裝靜電積累，因而就安全，實(shí)際這種觀點(diǎn)具有片面性。只有當(dāng)空氣相對(duì)濕度高于50％時(shí)才基本如此；而當(dāng)相對(duì)濕度比較低時(shí)，純棉制品的帶電量明顯增大。試驗(yàn)表明，在相對(duì)濕度低于30％時(shí)，純棉織物的帶電量與滌綸相當(dāng)；而當(dāng)相對(duì)濕度低于20％時(shí)，棉織物的帶電量甚至?xí)哂谀承┗w織物。所以在氣候干燥地區(qū)，純棉制品不能消除服裝靜電危害。

目前抗靜電整理劑的選擇，一般具有吸濕性較強(qiáng)的有機(jī)物質(zhì)，如甘油、聚乙二醇等多元醇，吸濕性較強(qiáng)的無(wú)機(jī)鹽以及離子型溴化鉀等物質(zhì)，或者具有吸附性和定向性的表面活性劑、易于織物交聯(lián)的基團(tuán)以及改性樹(shù)脂、復(fù)合樹(shù)脂和反應(yīng)性有機(jī)硅酮樹(shù)脂等。非耐久性抗靜電整理主要使用表面活性劑對(duì)織物或纖維進(jìn)行整理，使纖維表面親水性加強(qiáng)。當(dāng)空氣的相對(duì)濕度提高時(shí)，纖維表面形成水的吸附層，比電阻降低。用于抗靜電整理的表面活性劑種類很多，其抗靜電性能對(duì)于提高可紡性能以及經(jīng)濟(jì)效益各有差異。

專利文檔CN105369592A提供了一種氧化鋁溶膠純棉織物抗靜電整理劑的制備及整理方法，提高合成氧化鋁溶膠抗靜電整理劑的穩(wěn)定性，同時(shí)提高了整理后純棉織物的耐水洗能力。

用鋁溶膠處理紡織纖維制品，可使制品獲得良好的抗靜電性和防吸塵性，并可改善織物觀感。丙烯醛、聚丙烯、尼龍、滌綸等合成纖維均可以使用，羊毛、棉花等天然纖維也能使用。用鋁溶膠處理紡織纖維，可明顯增加纖維的光滑感。若與硅溶膠并用，更可成倍地發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，使纖維結(jié)實(shí)、耐磨、富有彈性，且具有較好的觀感；用鋁溶膠和硅溶膠的混合液處理漁網(wǎng)和各種網(wǎng)制品，可增加網(wǎng)眼和結(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，提高耐沖擊性能；用之處理登山繩、船用繩等各種繩制品時(shí)，可增加纖維對(duì)SiO2的吸附量，增大摩擦系數(shù)，提高耐磨性。

06氧化鋁連續(xù)纖維前驅(qū)體

氧化鋁連續(xù)纖維是一種高性能無(wú)機(jī)陶瓷材料，該纖維不僅具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異性能，同時(shí)還能與其他基體材料結(jié)合制成復(fù)合材料，使材料性能更加優(yōu)異。鋁溶膠是溶膠-凝膠法制備氧化鋁連續(xù)纖維的重要原料，主要經(jīng)過(guò)旋蒸濃縮、干法紡絲以及燒結(jié)等步驟制成氧化鋁纖維，因此前驅(qū)體鋁溶膠的性質(zhì)直接決定氧化鋁纖維的性能。

根據(jù)鋁溶膠紡絲性能的不同將其大致分成兩類，一類是紡絲性能良好的，另一類是紡絲性能較差的，有研究表明：紡絲性能良好的鋁溶膠pH基本一致，在3.69~3.72之間；而紡絲性能較差的鋁溶膠大致可分為兩類，即pH高于3.72的（高pH鋁溶膠）和pH低于3.69的（低pH鋁溶膠）。

▲3M?，Nextel?，720，連續(xù)陶瓷氧化物纖維的粗紗形式

07乳化分散劑使用

鋁溶膠是極有效的陽(yáng)離子乳化劑，在有些具有一定極性而與又水難于親合的植物油（例：亞麻油、桐油等）或脂類油的乳化中，既可單獨(dú)使用，也可與非離子、其他陽(yáng)離子表面活性劑并用。

08在造紙工業(yè)中的應(yīng)用

在工業(yè)上用玻璃纖維為原料造紙時(shí)，往漿液中加入10~20%的鋁溶膠，按照此工藝制造的紙，其紙張強(qiáng)度增強(qiáng)四倍。鋁溶膠還能用于耐高溫隔熱紙的粘結(jié)劑，可以大幅提高紙的耐高溫強(qiáng)度，使高溫隔熱紙能滿足各種更加苛刻的使用要求。鋁溶膠還可以作無(wú)機(jī)填充劑，能夠提高紙的白度、平滑度、耐濕性等性能。

09陶瓷膜的涂層

一般將氧化鋁溶膠和二氧化硅溶膠結(jié)合在一起，Al2O3，和，SiO2，的比例從，8:2，到，7:3，這種組合比單獨(dú)使用膠態(tài)二氧化硅具有更好的硬度性能。

//二、鋁溶膠的制備

鋁溶膠在工業(yè)領(lǐng)域的用途越來(lái)越廣，對(duì)其性能以及制備工藝的要求也各有不同。按照原料體系的不同，總結(jié)目前制備鋁溶膠的方法主要有以下幾種：①無(wú)機(jī)鹽原料法。主要是以金屬鋁為原料，通過(guò)沉淀法制備Al2O3溶膠；②粉體分散法。利用膠溶劑對(duì)擬薄水鋁石粉（SB粉）或Al2O3粉進(jìn)行酸化，分散制備鋁溶膠；③有機(jī)醇鹽水解法。通過(guò)鋁的有機(jī)醇鹽與水發(fā)生水解反應(yīng)，來(lái)制備鋁溶膠，通常也稱為溶膠-凝膠（Sol-Gel）法或Yoldas法。④鹽酸法。鹽酸與金屬鋁進(jìn)行反應(yīng)制得鋁溶膠。

1）無(wú)機(jī)鹽原料法

無(wú)機(jī)鹽原料法就是以無(wú)機(jī)鋁鹽（AlCl3或Al(NO3)3等）為原料，加入膠溶劑酸（硝酸，鹽酸，檸檬酸等），以氨水為或其它堿性物質(zhì)為催化劑，通過(guò)調(diào)節(jié)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動(dòng)性的淡黃色透明鋁溶膠。

2）粉體分散法

以SB粉或Al2O3粉等現(xiàn)有的工業(yè)產(chǎn)品為原料，通過(guò)對(duì)粉體進(jìn)行分散并獲得溶膠。SB粉是一種純度非常高的擬薄水石型的Al(OH)3，主要組成是Y-AlOOH，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在76.2%左右，其余的主要是H2O。

SB粉直接膠解法是以SB粉為原料，HNO3為膠溶劑，一起加入到溫度為84℃的水中，然后攪拌解膠，老化回流后，即制得鋁溶膠。

3）有機(jī)醇鹽水解法（也稱溶膠-凝膠，Yoldas法）

在目前眾多制備鋁溶膠的方法中，以有機(jī)鋁鹽（如異丙醇鋁）為原料制備鋁溶膠最為廣泛，研究的也最多。該方法主要是在擁有攪拌、回流和加料功能的裝置中，將有機(jī)醇鹽緩慢加入到一定初溫的蒸餾水中，水解后并形成沉淀，通過(guò)加入單價(jià)強(qiáng)酸使沉淀成膠，然后升溫至80℃以上回流一定時(shí)間，便得到透明穩(wěn)定的氧化鋁溶膠。

4）鹽酸法

通過(guò)鹽酸與金屬鋁進(jìn)行反應(yīng)制得鋁溶膠，一般溶液中Al:Cl的摩爾比為1.1:1，鋁溶膠的pH范圍為2~3，呈較強(qiáng)的酸性，腐蝕性很強(qiáng)，而且如果對(duì)其加熱，溶液中就會(huì)放出大量強(qiáng)腐蝕性的HCl氣體，因此，通過(guò)鹽酸法制得的鋁溶膠的應(yīng)用范圍受到了極大地限制。

1、專利文檔CN105369592A：一種氧化鋁溶膠純棉織物抗靜電整理劑的制備及整理方法

粉體圈編輯：Alpha