摘要：片狀氧化鋁粒徑大小可控,覆蓋度高,具有良好的取向性。而且優(yōu)異的耐高溫，高導熱性等性能使其成為耐火涂料的首選填料之一。本文采用簡單的工藝制備了高純片狀α-Al2O3。
0 引 言
片狀氧化鋁具有優(yōu)異的耐酸堿性,耐高溫,高硬度,高熔點,高導熱性和高電阻率等很多優(yōu)良的性能；另外還具有其它片狀粉體所不具備的良好的耐熱性和高的機械強度。因此,可廣泛應用于顏料、涂料、化妝品、汽車面漆、油墨等諸多領域[1,2]。由于建筑事業(yè)的發(fā)展和生命財產(chǎn)安全的需要，耐火涂料的發(fā)展成為熱門課題。作為耐火涂料填料之一的片狀氧化鋁也被更加的重視。
目前制備片狀氧化鋁最常用的方法是水熱或醇熱合成法以及熔鹽法、球磨法和涂膜法[1～4]，但是這些方法都不同程度地存在成本高或工藝復雜等弊病。因此，研究以簡單工藝、低生產(chǎn)成本制備高純片狀α-Al2O3具有十分重要的意義。
1 實驗方法
實驗以硝酸鋁[Al(NO3)3?9H2O]（分析純）和水溶性高分子為原料。實驗中用到的水溶性高分子包括：可溶性淀粉、木薯淀粉、阿拉伯樹膠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇。
實驗過程如下：將硝酸鋁與水溶性高分子混合研磨均勻，放入燒杯中；直接放入150℃干燥箱中加熱30分鐘得到面包狀的黃色蓬松狀產(chǎn)物；該產(chǎn)物在1000℃～1200℃保溫1～2小時，獲到高純片狀α-Al2O3。通過控制球磨工藝可以得到不同粒徑的片狀α-Al2O3。
實驗所用測試設備名稱、型號及生產(chǎn)廠家列于表1。
表1 實驗所用測試設備
儀器名稱
型號
生產(chǎn)廠家
綜合熱分析儀
STA－449
德國耐馳公司
示差熱掃描量熱儀
Netz204
德國耐馳公司
納米粒度于zeta電位分析儀
ZS90i
英國馬爾文公司
X射線衍射儀
X’PertPRO
荷蘭PANalytical
2 實驗結(jié)果及討論
2.1不同水溶性高分子對前驅(qū)體體積的影響
將不同的水溶性高分子與硝酸鋁等質(zhì)量混合研磨均勻，放入同樣大小的燒杯中，150℃干燥箱中加熱30分鐘。按照所得黃色蓬松狀產(chǎn)物（即前驅(qū)體）的體積由大到小排列為：可溶性淀粉>阿拉伯樹膠>聚乙烯醇>木薯淀粉，其中聚丙烯酰胺與硝酸鋁無法得到蓬松狀前驅(qū)體。而2克可溶性淀粉與2克硝酸鋁混和研磨均勻后放入200ml的燒杯，加熱后得到的前驅(qū)體可充滿整個燒杯。
2.2可溶性淀粉的用量對前驅(qū)體的影響
將硝酸鋁與可溶性淀粉分別按質(zhì)量比1:0.5，1:1，1:2，1:4稱取。實驗表明當硝酸鋁與可溶性淀粉等質(zhì)量配比時，所得前驅(qū)體體積最大。
2.3前驅(qū)體成分分析
圖1是前驅(qū)體的X射線衍射圖，圖中衍射峰彌散，可以看出前驅(qū)體為非晶態(tài)物質(zhì)。
硝酸鋁在73.5℃開始脫結(jié)晶水并發(fā)生自溶解現(xiàn)象，135℃分解為堿式鹽，200℃分解成Al2O3和氮的氧化物（可寫4Al2O3·3N2O5·14H2O）[5]；淀粉在250℃開始分解，600℃左右全部碳化。
前驅(qū)體為黃色蓬松狀，是因硝酸鋁溶解于自身結(jié)晶水時水解出的硝酸根的強氧化性使部分淀粉碳化，同時硝酸鋁分解產(chǎn)生大量氣體令濕潤淀粉發(fā)泡膨脹。圖2是前驅(qū)體的熱分析圖，300℃以前有個吸熱峰，伴隨質(zhì)量的下降，這一過程主要是吸附水的脫除以及未分解完的硝酸鋁的繼續(xù)分解；300℃～600℃之間的質(zhì)量下降主要是淀粉碳化引起的；600℃之后質(zhì)量損失減緩，伴隨強吸熱峰的出現(xiàn)，這一過程主要是淀粉碳化的基本完成，以及氧化鋁晶形轉(zhuǎn)變的過程，1100℃全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3，吸熱停止。
圖1前驅(qū)體的X射線衍射圖圖2前驅(qū)體的熱分析圖
2.4 前驅(qū)體加熱過程中的物相變化及形貌觀察
圖3是不同溫度煅燒1.5小時所得產(chǎn)物的X射線衍射圖，從圖中可以看出前驅(qū)體升溫過程中的物相變化次序為：前驅(qū)體無定型Al2O3γ-Al2O3α-Al2O3。其中γ-Al2O3的形成溫度介于800～1000℃，α-Al2O3開始形成的溫度為1000℃，經(jīng)1100℃，1.5h煅燒，前驅(qū)體可完全轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。圖4是前驅(qū)體1000℃煅燒2h產(chǎn)物的掃描電鏡圖，從圖中可以看出產(chǎn)物為片狀，且面積較大，厚度介于200～300nm之間。
2.5球磨時間對片狀氧化鋁粒徑的影響
圖5所示為漿料濃度為20%、表面活性劑用量1.5%、研磨介質(zhì)/物料=8:1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速1200r/min時，氧化鋁粒徑隨研磨時間的變化。從圖5可知，隨著球磨時間的延長，氧化鋁粒徑下降；在12h內(nèi)氧化鋁粒徑下降較快，繼續(xù)研磨變化減慢，24h之后氧化鋁粒徑基本不再減小。因此可以根據(jù)需要控制球磨時間來得到不同粒徑的片狀氧化鋁。
圖3 不同溫度煅燒1.5小時所得產(chǎn)物的X射線衍射圖
圖4前驅(qū)體1000℃煅燒2h產(chǎn)物的SEM圖圖5球磨時間對粉體粒度的影響
3 結(jié)論
（1）等質(zhì)量的硝酸鋁與可溶性淀粉，通過簡單工藝可制得片狀的α-Al2O3。
（2）前驅(qū)體以非晶態(tài)物質(zhì)為主；隨著溫度的提高有機物燃燒殆盡，氧化鋁在1100℃全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。
（3）通過控制球磨工藝可根據(jù)需要制得不同粒徑的片狀α-Al2O3。
參考文獻
[1] 陳勝福，黃堅，李建文.多品種氧化鋁開發(fā)進展、動向及市場現(xiàn)狀[J].材料導報，2006，20（7）：22-26.
[2] 鄧三毛，葉紅齊，蘇周，等.片狀氧化物粉體的合成與性能[J].化工新型材料，2004，32（7）：13-15.
[3] Takeshi Fukuda, Ryuichi shido, Kurobe-shi. Flake-like alfa-alumina particles and method for producing the same[P]US0043910A1,2001-11-22.
[4] Seagusa, Kunio.A method for producing a flaky material[P]EP020952A2,1987-03-04.
[5] Barbara Pacewska, Mohamed Keshr.Thermal transformations of aluminium nitrate hydrate[J].Thermochimica Acta,2002:73-80.
0 引 言
片狀氧化鋁具有優(yōu)異的耐酸堿性,耐高溫,高硬度,高熔點,高導熱性和高電阻率等很多優(yōu)良的性能；另外還具有其它片狀粉體所不具備的良好的耐熱性和高的機械強度。因此,可廣泛應用于顏料、涂料、化妝品、汽車面漆、油墨等諸多領域[1,2]。由于建筑事業(yè)的發(fā)展和生命財產(chǎn)安全的需要，耐火涂料的發(fā)展成為熱門課題。作為耐火涂料填料之一的片狀氧化鋁也被更加的重視。
目前制備片狀氧化鋁最常用的方法是水熱或醇熱合成法以及熔鹽法、球磨法和涂膜法[1～4]，但是這些方法都不同程度地存在成本高或工藝復雜等弊病。因此，研究以簡單工藝、低生產(chǎn)成本制備高純片狀α-Al2O3具有十分重要的意義。
1 實驗方法
實驗以硝酸鋁[Al(NO3)3?9H2O]（分析純）和水溶性高分子為原料。實驗中用到的水溶性高分子包括：可溶性淀粉、木薯淀粉、阿拉伯樹膠、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇。
實驗過程如下：將硝酸鋁與水溶性高分子混合研磨均勻，放入燒杯中；直接放入150℃干燥箱中加熱30分鐘得到面包狀的黃色蓬松狀產(chǎn)物；該產(chǎn)物在1000℃～1200℃保溫1～2小時，獲到高純片狀α-Al2O3。通過控制球磨工藝可以得到不同粒徑的片狀α-Al2O3。
實驗所用測試設備名稱、型號及生產(chǎn)廠家列于表1。
表1 實驗所用測試設備
儀器名稱
型號
生產(chǎn)廠家
綜合熱分析儀
STA－449
德國耐馳公司
示差熱掃描量熱儀
Netz204
德國耐馳公司
納米粒度于zeta電位分析儀
ZS90i
英國馬爾文公司
X射線衍射儀
X’PertPRO
荷蘭PANalytical
2 實驗結(jié)果及討論
2.1不同水溶性高分子對前驅(qū)體體積的影響
將不同的水溶性高分子與硝酸鋁等質(zhì)量混合研磨均勻，放入同樣大小的燒杯中，150℃干燥箱中加熱30分鐘。按照所得黃色蓬松狀產(chǎn)物（即前驅(qū)體）的體積由大到小排列為：可溶性淀粉>阿拉伯樹膠>聚乙烯醇>木薯淀粉，其中聚丙烯酰胺與硝酸鋁無法得到蓬松狀前驅(qū)體。而2克可溶性淀粉與2克硝酸鋁混和研磨均勻后放入200ml的燒杯，加熱后得到的前驅(qū)體可充滿整個燒杯。
2.2可溶性淀粉的用量對前驅(qū)體的影響
將硝酸鋁與可溶性淀粉分別按質(zhì)量比1:0.5，1:1，1:2，1:4稱取。實驗表明當硝酸鋁與可溶性淀粉等質(zhì)量配比時，所得前驅(qū)體體積最大。
2.3前驅(qū)體成分分析
圖1是前驅(qū)體的X射線衍射圖，圖中衍射峰彌散，可以看出前驅(qū)體為非晶態(tài)物質(zhì)。
硝酸鋁在73.5℃開始脫結(jié)晶水并發(fā)生自溶解現(xiàn)象，135℃分解為堿式鹽，200℃分解成Al2O3和氮的氧化物（可寫4Al2O3·3N2O5·14H2O）[5]；淀粉在250℃開始分解，600℃左右全部碳化。
前驅(qū)體為黃色蓬松狀，是因硝酸鋁溶解于自身結(jié)晶水時水解出的硝酸根的強氧化性使部分淀粉碳化，同時硝酸鋁分解產(chǎn)生大量氣體令濕潤淀粉發(fā)泡膨脹。圖2是前驅(qū)體的熱分析圖，300℃以前有個吸熱峰，伴隨質(zhì)量的下降，這一過程主要是吸附水的脫除以及未分解完的硝酸鋁的繼續(xù)分解；300℃～600℃之間的質(zhì)量下降主要是淀粉碳化引起的；600℃之后質(zhì)量損失減緩，伴隨強吸熱峰的出現(xiàn)，這一過程主要是淀粉碳化的基本完成，以及氧化鋁晶形轉(zhuǎn)變的過程，1100℃全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3，吸熱停止。
圖1前驅(qū)體的X射線衍射圖圖2前驅(qū)體的熱分析圖
2.4 前驅(qū)體加熱過程中的物相變化及形貌觀察
圖3是不同溫度煅燒1.5小時所得產(chǎn)物的X射線衍射圖，從圖中可以看出前驅(qū)體升溫過程中的物相變化次序為：前驅(qū)體無定型Al2O3γ-Al2O3α-Al2O3。其中γ-Al2O3的形成溫度介于800～1000℃，α-Al2O3開始形成的溫度為1000℃，經(jīng)1100℃，1.5h煅燒，前驅(qū)體可完全轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。圖4是前驅(qū)體1000℃煅燒2h產(chǎn)物的掃描電鏡圖，從圖中可以看出產(chǎn)物為片狀，且面積較大，厚度介于200～300nm之間。
2.5球磨時間對片狀氧化鋁粒徑的影響
圖5所示為漿料濃度為20%、表面活性劑用量1.5%、研磨介質(zhì)/物料=8:1、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速1200r/min時，氧化鋁粒徑隨研磨時間的變化。從圖5可知，隨著球磨時間的延長，氧化鋁粒徑下降；在12h內(nèi)氧化鋁粒徑下降較快，繼續(xù)研磨變化減慢，24h之后氧化鋁粒徑基本不再減小。因此可以根據(jù)需要控制球磨時間來得到不同粒徑的片狀氧化鋁。
圖3 不同溫度煅燒1.5小時所得產(chǎn)物的X射線衍射圖
圖4前驅(qū)體1000℃煅燒2h產(chǎn)物的SEM圖圖5球磨時間對粉體粒度的影響
3 結(jié)論
（1）等質(zhì)量的硝酸鋁與可溶性淀粉，通過簡單工藝可制得片狀的α-Al2O3。
（2）前驅(qū)體以非晶態(tài)物質(zhì)為主；隨著溫度的提高有機物燃燒殆盡，氧化鋁在1100℃全部轉(zhuǎn)化為α-Al2O3。
（3）通過控制球磨工藝可根據(jù)需要制得不同粒徑的片狀α-Al2O3。
參考文獻
[1] 陳勝福，黃堅，李建文.多品種氧化鋁開發(fā)進展、動向及市場現(xiàn)狀[J].材料導報，2006，20（7）：22-26.
[2] 鄧三毛，葉紅齊，蘇周，等.片狀氧化物粉體的合成與性能[J].化工新型材料，2004，32（7）：13-15.
[3] Takeshi Fukuda, Ryuichi shido, Kurobe-shi. Flake-like alfa-alumina particles and method for producing the same[P]US0043910A1,2001-11-22.
[4] Seagusa, Kunio.A method for producing a flaky material[P]EP020952A2,1987-03-04.
[5] Barbara Pacewska, Mohamed Keshr.Thermal transformations of aluminium nitrate hydrate[J].Thermochimica Acta,2002:73-80.
