一種制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，通過在氯化鋁/尿素水熱反應(yīng)體系中引入兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)為添加劑，充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)引導(dǎo)劑和分散劑的作用，成功制備了均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。由于該反應(yīng)在液相中一次完成，原料價(jià)廉易得，添加劑用量少，后處理過程簡單，制備的層狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)物形貌規(guī)則且分散均勻。
【專利說明】一種制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備勃姆石超細(xì)粉體的方法，特別是涉及一種利用兩親嵌段共聚物為添加劑，通過水熱法制備均分散層狀勃姆石超細(xì)粉體的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]勃姆石(boehmite)又稱一水軟招石,外觀呈現(xiàn)白色粉末,分子式為Y-A100H。勃姆石本身可作為阻燃劑使用，而其最重要的用途是經(jīng)過煅燒后制備氧化鋁粉體，故被稱為氧化鋁的前驅(qū)體。這首先是因?yàn)椴肥Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，煅燒前后只是晶型的轉(zhuǎn)變，而產(chǎn)物的形貌保持不變，可以方便的獲得形貌相同的氧化鋁產(chǎn)品。此外，從分子結(jié)構(gòu)上比較，勃姆石可以看做是氫氧化鋁(Al(OH)3)失去一分子水的產(chǎn)物，因此從勃姆石出發(fā)，經(jīng)過煅燒制備氧化鋁，在能耗上明顯低于煅燒氫氧化鋁的方法。勃姆石經(jīng)過煅燒后所制備的氧化鋁粉體，由于具有高強(qiáng)度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫、抗氧化、絕緣性好、比表面積大等優(yōu)異的特性，在催化、阻燃、隔音、絕緣、精細(xì)陶瓷、生物材料等方面具有廣泛的用途，被認(rèn)為是通向21世紀(jì)高【技術(shù)領(lǐng)域】的基礎(chǔ)材料之一，而作為其前驅(qū)體的勃姆石粉體，也同樣面臨著巨大的發(fā)展機(jī)遇。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種通過添加兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)為添加劑，利用水熱法制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法。
[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。
[0005]本發(fā)明一方面提供一種制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，包括步驟如下:
[0006]I)將AlCl3.9H20加入水中，制得Al3+濃度為0.1?0.4mol/L的溶液A ；
[0007]2)將溶液A中加入沉淀劑，制得溶液B ；
[0008]3)將兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)溶于溶劑中，制得溶液C ;
[0009]4)向溶液B中，加入溶液C，制得懸濁液D ；
[0010]5)將懸濁液D倒入水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中，密封水熱釜，將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，控溫反應(yīng)一段時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后冷卻到室溫；
[0011]6)打開水熱釜，將產(chǎn)物以4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離，然后用水和乙醇洗滌，干燥后獲得均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的具體示例，步驟I和步驟2中為使溶液混合均勻，可將溶液在磁力攪拌器上攪拌混勻。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的具體示例，步驟2中所述的沉淀劑為尿素。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的具體示例，步驟3中所述的溶劑為四氫呋喃。
[0015]其中兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)為采用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合法制備，詳細(xì)方法參見文獻(xiàn)[吳秀勇，韓春蕊，李蘭英，胡正水.兩親嵌段共聚物P (St)-b-p (HEA)的合成、表征及其膠束化行為研究.青島科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，26(5):386-390]。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的具體示例，步驟5中控制懸濁液D在水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中的填充度為70 ?80%。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的具體示例，步驟5中電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中控制溫度150-200°C，反應(yīng)8-24小時(shí)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的具體示例，步驟6中將產(chǎn)物離心分離后，依次用去離子水和無水乙醇分別洗滌三次。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的具體示例，步驟6中將洗滌后的產(chǎn)物置于80-100°C的真空干燥箱內(nèi)干燥4?8小時(shí)。
[0020]表面活性劑輔助的水熱合成方法是制備不同形貌勃姆石的常用方法。本發(fā)明中的兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)屬于高分子表面活性劑的一種，與低分子量的表面活性劑相比，由于其分子量相對(duì)較高，它們的臨界膠束濃度可被控制的很低，即使在很稀的溶液中仍能保持高效，可以大大降低表面活性劑的用量。此外，嵌段共聚物PSt-b-PHEA分子中的親水性聚丙烯酸羥基乙酯鏈段上含有大量的羥基官能團(tuán)，可以與勃姆石晶體表面發(fā)生氫鍵相互作用，雖然氫鍵作用力相對(duì)較弱，其強(qiáng)度不足以改變勃姆石固有的生長習(xí)性，但是卻足以影響到勃姆石晶粒的自組裝過程，有利于形成復(fù)雜的層狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，即兩親嵌段聚合物(PSt-b-PHEA)可以發(fā)揮結(jié)構(gòu)引導(dǎo)劑(structure-directing agent)的作用。
[0021]兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)也能發(fā)揮高分子型分散劑的作用。當(dāng)加入到水熱反應(yīng)體系后，由于PSt-b-PHEA分子能定向吸附于無機(jī)粉體顆粒表面，使其表面帶有同一種電荷，形成靜電排斥作用，促使無機(jī)粉體顆粒相互分散，破壞其絮凝結(jié)構(gòu)，并釋放出被包裹的部分水，參與流動(dòng)，從而有效地增加無機(jī)粉體分散體系的流動(dòng)性。兩親嵌段共聚物PSt-b-PHEA中的親水性聚丙烯酸羥基乙酯基團(tuán)極性很強(qiáng)，因此在無機(jī)粉體顆粒表面能與水分子形成一層穩(wěn)定的溶劑化水膜，這層水膜具有很好的潤滑作用，能有效降低無機(jī)粉體顆粒間的滑動(dòng)阻力，可以進(jìn)一步提高無機(jī)粉體分散體系的流動(dòng)性。兩親嵌段共聚物PSt-b-PHEA結(jié)構(gòu)中的親水性聚丙烯酸羥基乙酯鏈段，伸展于水溶液中，可以在所吸附的無機(jī)粉體顆粒表面形成一定厚度的親水性立體吸附層。當(dāng)相鄰無機(jī)粉體顆?？拷?-9nm時(shí)，各自的吸附層開始重疊，吸附層之間的排斥力可以保護(hù)粒子不致絮凝，即在無機(jī)粉體顆粒間產(chǎn)生空間位阻作用。顆粒間距離越近，則吸附層重疊越多，空間位阻斥力越大，對(duì)無機(jī)粉體顆粒間凝聚作用的阻礙也越大，有利于制備分散均勻的無機(jī)粉體。
[0022]本發(fā)明通過在氯化鋁/尿素水熱反應(yīng)體系中引入兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)為添加劑，充分發(fā)揮其結(jié)構(gòu)引導(dǎo)劑和分散劑的作用，成功制備了均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。由于該反應(yīng)在液相中一次完成，原料價(jià)廉易得，添加劑用量少，后處理過程簡單，制備的層狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)物形貌規(guī)則且分散均勻。
[0023]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1實(shí)施例一中制備的均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體I的XRD圖；
[0025]圖2實(shí)施例四中制備的均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體IV的掃描電鏡(SEM)照片。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。
[0027]實(shí)施例一
[0028]將分析純的AlCl3.9H20加入去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌上使其溶解，制得Al3+濃度為0.lmol/L的透明溶液A ;其次,加入一定量的分析純的尿素作為沉淀劑,尿素的加入量為沉淀全部Al3+所需理論需求量的125%，繼續(xù)攪拌半小時(shí)，制得透明溶液B;將自制的兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)溶于四氫呋喃中，制得濃度為1.25X 10_3mol/L的溶液C ;向溶液B中，加入Iml的溶液C，制得懸濁液D ;然后，將懸濁液D倒入聚四氟乙烯材質(zhì)內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在80%，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，將水熱溫度控制在150°C，反應(yīng)24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫。最后，打開水熱釜，將產(chǎn)物以4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離，然后用去離子水洗滌三次后，再用無水乙醇洗滌三次，使產(chǎn)物顆粒間疏松，并置于80°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8小時(shí)，即可獲得均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。
[0029]如圖1所示，經(jīng)過與編號(hào)為TOF21-1307的標(biāo)準(zhǔn)衍射卡片對(duì)比，本實(shí)施例中制得的均分散層狀結(jié)構(gòu)超細(xì)粉體I為勃姆石。
[0030]實(shí)施例二:
[0031]將分析純的AlCl3.9H20加入去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌上使其溶解，制得Al3+濃度為0.2mol/L的透明溶液A ;其次,加入一定量的分析純的尿素作為沉淀劑,尿素的加入量為沉淀全部Al3+所需理論需求量的125%，繼續(xù)攪拌半小時(shí)，制得透明溶液B;將自制的兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)溶于四氫呋喃中，制得濃度為1.25X 10_3mol/L的溶液C ；向溶液B中，加入2ml的溶液C，制得懸濁液D ;然后，將懸濁液D倒入聚四氟乙烯材質(zhì)內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在70%，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，將水熱溫度控制在200°C，反應(yīng)12小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫。最后，打開水熱釜，將產(chǎn)物以4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離，然后用去離子水洗滌三次后，再用無水乙醇洗滌三次，使產(chǎn)物顆粒間疏松，并置于90°C的真空干燥箱內(nèi)干燥6小時(shí)，即可獲得均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。
[0032]實(shí)施例三:
[0033]將分析純的AlCl3.9H20加入去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌上使其溶解，制得Al3+濃度為0.4mol/L的透明溶液A ;其次,加入一定量的分析純的尿素作為沉淀劑,尿素的加入量為沉淀全部Al3+所需理論需求量的125%，繼續(xù)攪拌半小時(shí)，制得透明溶液B;將自制的兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)溶于四氫呋喃中，制得濃度為2.5 X 10_3mol/L的溶液C ；向溶液B中，加入2ml的溶液C，制得懸濁液D ;然后，將懸濁液D倒入聚四氟乙烯材質(zhì)內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在80%，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，將水熱溫度控制在180°C，反應(yīng)16小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫。最后，打開水熱釜，將產(chǎn)物以4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離，然后用去離子水洗滌三次后，再用無水乙醇洗滌三次，使產(chǎn)物顆粒間疏松，并置于100°C的真空干燥箱內(nèi)干燥4小時(shí)，即可獲得均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。
[0034]實(shí)施例四:
[0035]將分析純的AlCl3.9H20加入去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌上使其溶解，制得Al3+濃度為0.lmol/L的透明溶液A ;其次,加入一定量的分析純的尿素作為沉淀劑,尿素的加入量為沉淀全部Al3+所需理論需求量的150%，繼續(xù)攪拌半小時(shí)，制得透明溶液B;將自制的兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)溶于四氫呋喃中，制得濃度為1.25X 10_3mol/L的溶液C ;向溶液B中，加入Iml的溶液C，制得懸濁液D ;然后，將懸濁液D倒入聚四氟乙烯材質(zhì)內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在80%，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，將水熱溫度控制在160°C，反應(yīng)20小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫。最后，打開水熱釜，將產(chǎn)物以4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離，然后用去離子水洗滌三次后，再用無水乙醇洗滌三次，使產(chǎn)物顆粒間疏松，并置于80°C的真空干燥箱內(nèi)干燥8小時(shí)，即可獲得均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。
[0036]本實(shí)施例制得的均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體VI的掃描電鏡(SEM)照片如圖2所示。
實(shí)施例五:
[0037]將分析純的AlCl3.9H20加入去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌上使其溶解，制得Al3+濃度為0.2mol/L的透明溶液A ;其次,加入一定量的分析純的尿素作為沉淀劑,尿素的加入量為沉淀全部Al3+所需理論需求量的150%，繼續(xù)攪拌半小時(shí)，制得透明溶液B;將自制的兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)溶于四氫呋喃中，制得濃度為1.25X 10_3mol/L的溶液C ；向溶液B中，加入2ml的溶液C，制得懸濁液D ;然后，將懸濁液D倒入聚四氟乙烯材質(zhì)內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在70%，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，將水熱溫度控制在200°C，反應(yīng)12小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫。最后，打開水熱釜，將產(chǎn)物以4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離，然后用去離子水洗滌三次后，再用無水乙醇洗滌三次，使產(chǎn)物顆粒間疏松，并置于90°C的真空干燥箱內(nèi)干燥6小時(shí)，即可獲得均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。
[0038]實(shí)施例六:
[0039]將分析純的AlCl3.9H20加入去離子水中，在磁力攪拌器上攪拌上使其溶解，制得Al3+濃度為0.4mol/L的透明溶液A ;其次,加入一定量的分析純的尿素作為沉淀劑,尿素的加入量為沉淀全部Al3+所需理論需求量的150%，繼續(xù)攪拌半小時(shí)，制得透明溶液B;將自制的兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)溶于四氫呋喃中，制得濃度為2.5 X 10_3mol/L的溶液C ；向溶液B中，加入2ml的溶液C，制得懸濁液D ;然后，將懸濁液D倒入聚四氟乙烯材質(zhì)內(nèi)膽的水熱反應(yīng)釜中，填充度控制在80%，密封水熱反應(yīng)釜，將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，將水熱溫度控制在180°C，反應(yīng)16小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫。最后，打開水熱釜，將產(chǎn)物以4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離，然后用去離子水洗滌三次后，再用無水乙醇洗滌三次，使產(chǎn)物顆粒間疏松，并置于100°C的真空干燥箱內(nèi)干燥4小時(shí)，即可獲得均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。
[0040]以上關(guān)于本發(fā)明的具體描述，僅用于說明本發(fā)明而并非受限于本發(fā)明實(shí)施例索描述的技術(shù)方案，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或等同替換，已達(dá)到相同技術(shù)效果；只要滿足使用需要，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，其特征在于，包括步驟如下: 1)將AlCl3.9H20加入水中，制得Al3+濃度為0.1?0.4mol/L的溶液A ； 2)將溶液A中加入沉淀劑，制得溶液B; 3)將兩親嵌段共聚物聚苯乙烯-嵌段-聚丙烯酸羥基乙酯(PSt-b-PHEA)溶于溶劑中，制得溶液C ； 4)向溶液B中，加入溶液C，制得懸濁液D； 5)將懸濁液D倒入水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中，密封水熱釜，將其放入電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，控溫反應(yīng)一段時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后自然冷卻到室溫； 6)打開水熱釜，將產(chǎn)物以4000轉(zhuǎn)/分鐘離心分離，然后用水和乙醇洗滌，干燥后獲得均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體。
2.如權(quán)利要求1所述的制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，其特征在于，步驟I和步驟2中為使溶液混合均勻，可將溶液在磁力攪拌器上攪拌混勻。
3.如權(quán)利要求1所述的制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，其特征在于，步驟2中所述的沉淀劑為尿素。
4.如權(quán)利要求1所述的制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，其特征在于，步驟3中所述的溶劑為四氫呋喃溶劑。
5.如權(quán)利要求1所述的制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，其特征在于，步驟5中控制懸濁液D在水熱反應(yīng)釜內(nèi)膽中的填充度為70?80%。
6.如權(quán)利要求1所述的制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，其特征在于，步驟5中電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中控制溫度150-200°C，反應(yīng)8-24小時(shí)。
7.如權(quán)利要求1所述的制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，其特征在于，步驟6中將產(chǎn)物離心分離后，依次用去離子水和無水乙醇分別洗滌三次。
8.如權(quán)利要求1所述的制備均分散層狀結(jié)構(gòu)勃姆石超細(xì)粉體的方法，其特征在于，步驟6中將洗滌后的產(chǎn)物置于80-100°C的真空干燥箱內(nèi)干燥4?8小時(shí)。
【文檔編號(hào)】C01F7/02GK104229841SQ201310096073
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2013年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月19日
【發(fā)明者】吳秀勇 申請(qǐng)人:泰山醫(yī)學(xué)院