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一种结晶型亚磷酸铝及其制备方法和应用技术

技术编号:30276598 阅读:41 留言:0更新日期:2021-10-09 21:38
本发明专利技术公开了一种结晶型亚磷酸铝及其制备方法和作为或用于制备阻燃剂或阻燃协同剂的应用。其制备方法流程为:1、亚磷酸氢铝和含铝化合物在有或没有少量强酸存在的情况于水中在80

【技术实现步骤摘要】
一种结晶型亚磷酸铝及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及材料
,具体涉及一种结晶型亚磷酸铝及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]固体物质的介观状态包括了结晶和非结晶两种聚集态。有些物质为结晶物质,有些则为非结晶物质,这受物质的化学组成影响;但这些聚集状态也受制备时的环境条件,如温度、压力等影响,因此同一种化学物质,可表现为结晶态,也可表现为非结晶态。固体物质的介观聚集状态会影响其物理和化学性能,如熔点,溶解度等,针对不同的应用需要,可选择不同的介观聚集态。
[0003]亚磷酸铝由于与二乙基次磷酸铝有很好的阻燃协同性(如公开号为CN107936297A、CN107760023A的专利技术等),且其水溶性和酸性较低,目前被广泛用作阻燃协同剂,应用于玻纤增强工程塑料中,比如尼龙、聚酯等体系中,具有较好的阻燃性。但目前所报道的亚磷酸铝,都是非结晶化合物,物理性质上显示有一定的溶解度,仍然具有一定的吸水性和酸性,因此该复配体系中,仍然存在几个问题:1)亚磷酸铝有一定溶解度,因此阻燃剂容易吸潮,应用于聚合物中制品也有吸潮的风险,影响电气绝缘性能;2)亚磷酸铝所显示的一定酸性,对聚合物和加工设备仍有一定的负面影响;3)热分解温度略显不足,特别是高剪切情况下,如在高玻纤含量下,由于剪切力增强,体系容易变色。这些不足限制了该阻燃剂体系的应用范围。
[0004]而经过研究发现,亚磷酸铝的这些不足,可能与其非结晶的聚集结构有关,为了避免亚磷酸铝的这些问题,需要提出一种具有结晶结构的亚磷酸铝,提供制备结晶型亚磷酸铝的合成方法,以及作为阻燃协同剂在高分子材料阻燃中的应用。

技术实现思路

[0005]针对本领域存在的不足之处,本专利技术提供了一种结晶型亚磷酸铝的制备方法,该结晶结构的亚磷酸铝化合物由亚磷酸氢铝(如无特殊说明,本专利技术所述亚磷酸氢铝的分子式均为(H2PO3)3Al)和特定含铝化合物在一定条件下反应,并经过特殊的高温后处理工艺获得,该结晶型亚磷酸铝具有更高的热分解温度,更低的吸水性和酸性,可作为或用于制备阻燃剂或阻燃协同剂,应用于高分子材料的阻燃,如与二乙基次磷酸铝复配用作玻纤增强工程塑料的阻燃体系。
[0006]一种结晶型亚磷酸铝的制备方法,包括步骤:
[0007](1)配制含强酸或不含强酸的含铝化合物/水混合液,然后将其加入到80~110℃的亚磷酸氢铝溶液中进行反应,反应结束控制液相pH值小于4;
[0008]所述含铝化合物为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、氢氧化铝、氧化铝中的至少一种;
[0009](2)过滤反应混合物,洗涤沉淀物直至洗涤出水的电导率小于50μs/cm;
[0010](3)将洗涤后的沉淀物于100

130℃加热烘干,使沉淀物含水率在0.3wt%以下;
[0011](4)在惰性气氛或真空条件下继续加热沉淀物进行脱水反应,5

10小时内升温至
不超过350℃,升温速度不超过5℃/min,最后冷却得到结晶型亚磷酸铝。
[0012]如无特殊说明,本专利技术所述各溶液的溶剂均为水,所述“含铝化合物/水混合液”意为含铝化合物分散在水中的混合体系。
[0013]本专利技术制备方法过程可概括为:
[0014]1、亚磷酸氢铝和含铝化合物按一定比例在有或没有少量强酸存在的情况于水中在80

110℃下反应,最终控制液相pH值小于4,得到亚磷酸铝沉淀。制备结晶型亚磷酸铝使用亚磷酸氢铝作为反应起始原料以及最终控制液相pH值小于4是关键,选择其它的含磷化合物不能制得结晶型亚磷酸铝。
[0015]2、把沉淀物洗涤过滤。
[0016]3、把沉淀物在100

130℃下烘干水分。
[0017]4、继续慢速梯级升温加热烘干水分的固体物,于5

10小时左右把物料温度升至不超过350℃,升温速度不超过5℃/min。该高温处理过程也是获得结晶型亚磷酸铝的关键步骤,有利于晶体的形成。
[0018]如有需要,可将所得结晶型亚磷酸铝粉碎至所需粒径。
[0019]本专利技术制备方法中,所述含铝化合物为水溶性化合物时,需要有强酸存在的条件下反应;所述含铝化合物不溶于水时,可不需要强酸的存在。
[0020]步骤(1)中,所述含铝化合物与亚磷酸氢铝可按完全反应等摩尔比加入。
[0021]步骤(1)中,作为优选:
[0022]所述含铝化合物分散于水中后所得混合液(含铝化合物不溶时为水悬浮分散体系,水溶性含铝化合物则为溶液)中含铝化合物的质量浓度为15%

50%;
[0023]所述含铝化合物为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝中的至少一种时,配制含强酸的含铝化合物/水混合液;所述含铝化合物为氢氧化铝、氧化铝中的至少一种时,配制不含强酸的含铝化合物/水混合液;
[0024]所述强酸包括硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的至少一种,所述强酸质量为亚磷酸氢铝质量的2%

5%;
[0025]所述亚磷酸氢铝溶液中亚磷酸氢铝的质量浓度为15%

50%;
[0026]所述含铝化合物/水混合液通过滴加的方式加入到亚磷酸氢铝溶液中,反应总时间为1

5小时;
[0027]可通过加入碱或金属氧化物控制反应结束液相pH值小于4。
[0028]步骤(3)中的加热烘干可采用各种烘箱、烘房、干燥器等。
[0029]步骤(4)中的惰性气氛可以是稀有气体气氛、氮气气氛等。
[0030]本专利技术还提供了所述的制备方法制备得到的结晶型亚磷酸铝。
[0031]令人惊奇地发现,通过本专利技术的制备方法可以获得典型XRD衍射图谱如图1所示的结晶型的亚磷酸铝,从XRD衍射结果可以看到具有结晶结构所特有的特征衍射峰。而目前在阻燃领域所使用的亚磷酸铝,其典型XRD衍射图谱如图2所示,谱图上没有窄的特征峰,显示的是一种非晶聚集结构。
[0032]XRD图谱结果对比表明本专利技术的亚磷酸铝与目前所用亚磷酸铝在聚集状态上明显不同,目前所使用的亚磷酸铝为非结晶型,而本专利技术的亚磷酸铝是一种结晶型。
[0033]而对本专利技术的结晶型亚磷酸铝和现有非晶型亚磷酸进行表征分析,典型物理性能
结果如下表1所示。
[0034]表1
[0035] 2wt%失重温度(℃)吸水率(%)pH值结晶型亚磷酸铝4420.123.0非晶亚磷酸铝4250.502.6
[0036]从表中结果可以看到,本专利技术的结晶型亚磷酸铝具有更高的热失重温度,更低的吸水率和更弱的酸性,而这些优点对亚磷酸铝用作阻燃剂是有利的。而且,经过应用测试,结晶型亚磷酸铝与二乙基次磷酸铝仍具有良好的协同阻燃效果,而且阻燃效率相对于非晶亚磷酸铝有一定的提高。
[0037]表1中的非晶亚磷酸铝的制备,采用现有的常规方法:基于如下所示反应原理,亚磷酸钠和硫酸铝在水相和一定温度条件下,制得亚磷酸铝本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结晶型亚磷酸铝的制备方法,其特征在于,包括步骤:(1)配制含强酸或不含强酸的含铝化合物/水混合液,然后将其加入到80~110℃的亚磷酸氢铝溶液中进行反应,反应结束控制液相pH值小于4;所述含铝化合物为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝、氢氧化铝、氧化铝中的至少一种;(2)过滤反应混合物,洗涤沉淀物直至洗涤出水的电导率小于50μs/cm;(3)将洗涤后的沉淀物于100

130℃加热烘干,使沉淀物含水率在0.3wt%以下;(4)在惰性气氛或真空条件下继续加热沉淀物进行脱水反应,5

10小时内升温至不超过350℃,升温速度不超过5℃/min,最后冷却得到结晶型亚磷酸铝。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中:所述强酸包括硫酸、硝酸、盐酸、磷酸中的至少一种,所述强酸质量为亚磷酸氢铝质量的2%

5%;所述含铝化合物分散于水中后所得混合液中含铝化合物的质量浓度为15%

50%;所述亚磷酸氢铝溶液中亚磷酸氢铝的质量浓度为15%

50%;所述含铝化合物为硫酸铝、硝酸铝、氯化铝中的至少一种时,配制含强酸的含铝化合物/水混合液;所述含铝化合物为氢氧化铝、氧化铝中的至少一种时,配制不含强酸的含铝化合物/水混合液;所述含铝化合物/水混合液通过滴加的方式加入到亚磷酸氢铝溶液中,反应总时间为1

【专利技术属性】
技术研发人员:雷华李金忠
申请(专利权)人:浙江大学
类型:发明
国别省市:

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