关键词： 机械化学法   悬浮稳定   窄粒级分布   亚微米级α相氧化铝   涂覆改性PE隔膜  

摘要： 该论文通过机械化学法制备亚微米级窄粒级分布的α相氧化铝粉体并将其应用在氧化铝陶瓷烧结和锂离子电池隔膜涂覆改性方面。首先对D50=2.7μm、GSD=6的α相氧化铝粉体,进行酸碱砂磨实验,比较研磨时间、研磨转速、研磨介质等对粉体颗粒粒度、晶相及浆料流变性的影响,从砂磨机耗能及研磨效率等方面得出最佳操作参数;后对研磨浆料进行悬浮稳定及分级研究,根据分散原理不同研究分散方式等工艺条件对悬浮稳定的影响,得出最佳分散条件;在最佳分散条件下进行分级实验,比较离心分级与静置沉降的粒度分布与沉降时间的关系,冷冻干燥得到窄粒径分布的亚微米级氧化铝粉体;最后将分级出来的亚微米级窄粒级分布的α相氧化铝粉体应用到氧化铝陶瓷烧结与锂离子电池隔膜涂覆改性中,分别研究了该粉体对烧结陶瓷致密性的影响和涂覆亚微米级窄粒径分布的α相氧化铝粉体对PE隔膜的物理性能的改进。主要结果如下:(1)机械化学法制备亚微米级氧化铝粉体。通过对浆料固相浓度、流变性和球磨转速、介质等工艺参数的研究控制,成功确定短时间7h内获得理想粒径的粉体条件为固含量50%,pH=2的浆料,选择0.6mm大小的钇稳定氧化锆磨珠、额定转速2200rpm。所制备的亚微米级氧化铝粉体比表面积由原来的5.24m2/g变为8.27m2/g;晶型在研磨后未有改变,但各晶面均有不同程度的破坏,结晶度降低。(2)对球磨浆料进行悬浮稳定的研究,得出最佳分散条件为固相质量分数为1%、pH=2、温度50℃、静电球磨的分散方式,且利用分时分点取样方式、-37℃冷冻干燥成功制得0.4-0.6μm,窄粒级分布的的α-氧化铝粉体。(3)研究了亚微米级窄粒级分布的α相氧化铝粉体在陶瓷致密度与锂离子隔膜涂覆改性方面的应用探讨。在无助烧剂、50MPa干压条件下成功将陶瓷烧结密度由3.75g/cm3提高到3.80g/cm3,使得相对密度达到95%以上。将其涂覆到PE隔膜,表明对其物理性能进行了改进,增强了隔膜安全性能。

关键词： 高活性片状铝粉   复合固体推进剂   热分解性能   爆热性能   燃烧速率  

摘要： 金属添加剂是复合固体推进剂的重要组分之一,铝粉因为密度低、热量高是目前复合固体推进剂中的主要金属添加剂。但是普通铝粉中活性铝含量较低,在提高推进剂性能方面效果不是十分明显。本文采用湿法机械球磨法制备高活性片状铝粉,将其应用于Al/AP/HTPB三组元复合固体推进剂中,主要通过TG-DSC-DTG、热分解动力学、机械感度、爆热和燃烧速率等研究高活性片状铝粉对推进剂体系的性能影响。本文的主要研究工作和取得的成果如下:首先,采用湿法机械球磨法可控的制备了高活性金属片状铝粉,通过实验得到制备高活性片状铝粉的工艺条件是:选取乙酸乙酯为溶剂,硬脂酸为助磨剂,质量占比为4%,球磨机转速为1100rpm,球料比为20:1,球磨时间4h。在此条件下得到的片状铝粉的活性铝含量为97.13%。通过SEM和XRD测试表明,球磨只改变了铝粉的形貌,并没有改变其晶型。采用激光粒度测试仪测试机械球磨前后铝粉的粒径变化,粒径d50由原来的13.9 μm下降到1.179 μm。其次,将机械球磨法制备的高活性片状铝粉应用到Al/AP/HTPB三元复合固体推进剂中,研究了 AP级配、Al粉级配对推进剂配方和固化时间的影响,结果表明随着体系中超细AP含量的增加,推进剂的表观分解热增加,而随着片状铝粉含量的增加推进剂体系的表观分解热同样增加,整个体系的粘度也上升。片状Al粉的添加对推进剂体系的固化时间没有太大影响,在相同的固化条件下,含有片状Al粉的推进剂体系的热分解趋势与含有球形Al粉的推进剂相比并没有改变,只是各阶段的分解峰温度有所增加。最后,研究片状铝粉和球形铝粉对Al/AP/HTPB复合固体推进剂热分解性能、机械感度、爆热性能和燃烧速率的影响。结果表明:将体系中的球形铝粉换成片状铝粉之后,推进剂的表观活化能由265.374 kJ · mol-1下降到142.086 kJ · mol-1,撞击感度的特性落高H50由44.66 cm下降到39.81 cm,撞击感度上升了 10.85%,摩擦感度由原来的32%上升到了 40%,上升了 8%。整个体系的平均爆热由7558.7 J · g-1上升到8436.1J · g-1提高了11.6%,燃烧速率也由原来的1.343 mm/s提高到1.61 mm/s提高了 19.8%。

关键词： 3D打印   球形铝粉   离心雾化   流体动力学   模拟仿真  

摘要： 3D打印用粉末的性质对增材制造零件的性质有着重要的影响,传统气雾化技术制备的粉末粒径均匀性差、孔洞多,严重影响增材制造产品的质量。本文采用高速离心雾化方法制备3D打印用球形铝粉,研究了离心雾化工艺参数对球形铝粉特性的影响,并采用计算流体力学软件Fluent提供的VOF模型和K-ω SST湍流模型,模拟了高速离心过程中球形粉末的成形过程及雾化参数在雾化过程中的作用。论文对于高质量的3D打印用球形铝粉的生产具有主要的理论指导作用和使用价值。论文首先采用高速旋转等离子雾化设备制备球形铝粉,结果表明:随着转速的增加,粉末球形度增加,粘连程度增加,粉末粒径变小。随着气氛压力的增加,粉末的粘连程度减轻,粉末粒径先减小再增大。随着弧压的增加,粉末的球形度提高。当转速为6000 rpm、气氛压力为0.02 MPa时,可以制备出球形度高、粒径小、表面光滑、卫星球少的铝粉。粉末的金相组织主要为胞状晶,粉末表面的粗糙程度主要与表面所包含晶晶粒数量有关。论文采用计算流体力学软件模型,证明流体在高转速离心作用下的雾化过程为:熔铝流体首先在旋转盘底部分裂出不同半径的液体环,随后在离心力和摩擦力的作用液体环逐渐变形、开裂、形成液滴,并离开旋转盘,离开旋转盘的大尺寸液滴在离心力的作用下将继续变形、开裂、形成小液滴,小液滴在空间经过冷却形成了固体球形颗粒。转速的增加能提高液体的变形、开裂和形成液滴的能力,随着转速的增加,液体环半径变小。气体在旋转雾化过程中具有加速雾化力和提高液体冷却速度的双重作用,随着环境气氛压力的升高,液体环半径先减小后增大。液体流量的增加能降低液体的粘性力,液滴尺寸随着液体流量的增加而降低。

关键词： 粉煤灰   铝盐混凝剂   改性处理  

摘要： 粉煤灰(Coal FlyAsh，CFA)是煤炭在燃烧的过程中产生的副产物。我国是以煤炭发电为主的国家，煤炭在消耗过程中，产生大量的粉煤灰，我国历年排放堆存在灰场的粉煤灰大约在25亿吨以上，已经成为最大的粉煤灰排放国。近年研究发现，我国北方部分煤层中赋存大量的水软铝石和高岭土等富铝矿物，燃烧后的灰质中氧化铝高达30%-50%，相当于中级品味铝土矿，是极其宝贵的铝矿资源。本研究中的粉煤灰来自内蒙古某发电厂，表观为分散均匀的灰色粉末。平均粒径为22.94μm，比表面积为1.7406m2/g。化学组分主要为Al2O3和SiO2，含量分别为40.4%和51.7%，质量比约占粉煤灰总质量的92.1%，主要物相组成为钙长石、碳酸盐矿物、钙铝黄长石、莫来石、钠磷锰铁矿、菱钾铝矿和石英等。　　本研究对原始粉煤灰分别进行直接酸溶和球磨活化后酸溶。同时参考文献的方法，采用碳酸钠和酸钙烧结活化粉煤灰，并溶解提铝，作对比研究。粉煤灰酸溶铝溶液，采用去离子水稀释调节酸度后，经铝酸钙粉调节铝含量和盐基度，以制备工业水用聚合氯化铝。至于粉煤灰的提铝残渣，采用3-巯丙基三甲氧基硅烷(MPTS)改性，通过改变表面基团的方法，制备重金属吸附材料，用以去除废水中的Cd2+。　　研究表明，在最优提铝条件下，即盐酸质量浓度为30%，盐酸mL/粉煤灰g=2.5，反应温度175℃，压力为0.4MPa，反应时间2h，直接酸溶，最高提取率可达65%，提取液铝含量为6.8%。经球磨活化处理的粉煤灰，在最优条件下酸溶提铝，氧化铝的最高提取率为72.5%，提取液中氧化铝含量为8.1%，球磨后酸溶提取率增高7%。从动力学角度分析，减小粉煤灰固体颗粒的粒径，可以增大粉煤灰颗粒与盐酸接触面积，从而提高提取率。　　粉煤灰酸溶铝溶液经去离子水调节溶液pH至合适范围，利用铝酸钙粉的高反应活性与酸溶得到的氯化铝溶液反应，增加氧化铝含量，调节盐基度，提高溶液的pH值，使铝发生水解和聚合，最终得到聚合氯化产品(PAC)。其中氧化铝含量为6.8%，盐基度为90.1，基本符合工业水用聚合氯化铝国家标准。　　粉煤灰提铝残渣，采用3-巯丙基三甲氧基硅烷改性(MTPS)。采用NaOH活化粉煤灰酸浸残渣，表面活化粉煤灰酸浸残渣与MPTS溶液(1.5mLMPTS+2mL甲苯)混合反应，得到改性吸附材料。改性材料用于吸附去除水中Cd2+(10mg/L)，发现，当吸附剂投加量达到600mg/L时，能够有效去除水中的Cd2+，去除率达到97%。采用假二级动力模型能更好模拟吸附剂对Cd2+的吸附过程。

关键词： 铝粉颜料   金属氧化物   Fe2O3   SnO2   耐腐蚀性   光催化活性  

摘要： 片状铝粉作为一种重要的金属颜料,因具有优异的金属光泽和和良好的随角异色效应,在汽车油漆、印刷油墨和化工涂料等领域已经得到了越来越广泛的应用,同时,低发射率的铝粉颜料也是近年来报道最多的红外隐身颜料。传统的溶剂型铝粉颜料颜色单一,已经不能满足人们日益增长的审美及健康环保的追求,水性和彩色铝粉颜料得以发展推广。制备水性铝粉颜料的关键是提高其耐腐蚀性;而铝粉颜料对可见光的高反射限制了其在可见光波段的隐身。因此,使用金属氧化物对铝粉表面进行处理提高其耐腐蚀性的同时降低其反射率,制备多波段隐身的彩色水性铝粉颜料成为研究热点。所以本课题以H2O2为锚固剂,FeCl2·4H2O和无水SnCl4为前驱体,分别制得了氧化铁包覆的水性铝粉颜料（Al@Fe2O3）和氧化锡包覆的水性铝粉颜料（Al@SnO2）。主要做了如下工作:（1）铝粉的预处理:控制系统温度45℃,在弱酸性条件下H2O2氧化铝粉表面形成氢氧化铝作为锚固点;随着包覆介质pH的升高,氢氧化铝的结构由水铝石型向勃姆石型过渡;（2）Al@Fe2O3的制备:在弱酸性条件下,以FeCl2·4H2O溶液为前驱体,异丙醇/H2O为介质,制备了Al@Fe2O3彩色水性铝粉颜料。通过X衍射、光学显微镜分析和耐腐蚀性测试等手段讨论了包覆介质的pH值和前驱体中n(Fe2+):n(Fe3+)对包覆层物相和包覆效果的影响,并探讨了Fe3+诱导Fe2+的氧化-转化机理。结果表明包覆介质的pH过高以及过量的Fe3+,有利于Fe2O3晶种自聚成Fe2O3颗粒,不利于无定型Fe2O3锚固在铝粉表面。精准地控制包覆介质的pH=4.70,n(Fe2+):n(Fe3+)=12:1,Fe3+可诱导Fe2+氧化-转化成Fe3+,有利于无定型Fe2O3锚固在铝粉表面形成致密的包覆层,所得产物Al@Fe2O3具有优异的耐腐蚀性、低光泽度、卡其色,可用做隐身颜料。（3）Al@SnO2的制备:在弱酸条件下,以SnCl4/异丙醇为前驱体,异丙醇/水为反应介质,制得了以铝片为核,SnO2为壳,Al（OH）3或Sn（OH）2为桥的Al@SnO2水性铝粉颜料。通过光学显微镜分析、耐腐蚀性测试和光催化降解测试等手段探讨了包覆介质pH以及MSnO2/SAl对Al@SnO2包覆效果以及光催化活性的影响。结果说明:包覆介质pH过高或MSnO2/SAl过大,均可导致SnO2晶种自聚成颗粒,不利于SnO2在铝粉表面的锚固,耐腐蚀性降低。较低包覆介质pH,有利于SnO2以Sn（OH）2为桥锚固在铝粉表面,耐腐蚀性较好但不利于光催化活性的提高;当MSnO2/SAl过小,SnO2包覆层不完整耐腐蚀性较差。精准地控制(MSnO2/SAl)=（0.07-0.10）g·m-2,包覆介质的pH=5.0-5.8,以Al（OH）3为桥在SnO2壳和铝片核之间形成适量的Al（III）掺杂SnO2,并锚固在铝粉表面形成均匀致密的SnO2包覆层,所得产物Al@SnO2具有优异的耐腐蚀性、低光泽度、卡其色和优异的光催化活性,可用作多波段的隐身颜料,且完成降解任务后的Al@SnO2的耐腐蚀性和色相均变化不大,可以回收进一步作为水性铝粉颜料使用。（4）玻璃粉负载SnO2光催化剂的制备:前人工作曾先在铝粉表面包覆一层SiO2,再以SiO2为桥制备了Al@SiO2@Fe2O3,但以Al（OH）3为桥的报道较少,所以在弱酸性介质中,以自制玻璃粉（Glass Powder,GP）为载体,Al（OH）3为桥,以SnCl4/异丙醇为前驱体制备合成了玻璃粉负载SnO2（GP@SnO2）,通过光催化降解测试、PL和UV-Vis等途径探讨了介质pH、n[Al（OH）3]/n（SnCl4）和m（SnO2）:m（GP）对GP@SnO2负载效果和光催化活性的影响。结果表明:n[Al（OH）3]/n（SnCl4）直接影响Al（III）掺杂SnO2的量,随着n[Al（OH）3]/n（SnCl4）的增大,SnO2壳和GP核之间形成Al（III）掺杂SnO2的量增大;当介质的pH过高,SnO2晶种的供给速率过快导致自聚成SnO2大颗粒,当m（SnO2）:m（GP）过大,锚固面太少,二者均不利于SnO2晶种锚固在玻璃粉表面。当m（SnO2）:m（GP）过低,GP表面的负载的SnO2包覆层薄且稀疏,负载效果下降。当介质pH=5.8-6.0,m（SnO2）:m（GP）=0.17时,SnO2晶种以玻璃粉表面的Al（OH）3为核结晶,并在SnO2壳和GP核之间形成适量的Al（III）掺杂SnO2,提高了SnO2表面的氧空位浓度,促进了光生电子与空穴的分离,有利于SnO2光催化活性的提高。所以本文分别以Fe2O3和SnO2为包覆层成功合成了具有优异耐腐蚀性和光学性质的多功能铝粉颜料,为今后大规模工业化生产奠定理论基础。

关键词： 高铝粉煤灰   层级结构   勃姆石   无模板   吸附性能  

摘要： 粉煤灰是燃煤电厂产生的大宗固体废弃物,随着我国电力工业的迅速发展,粉煤灰的排放量逐年增加,其对环境产生污染的同时危害人类的健康,如何将其变废为宝,提高其附加值是人们急需解决的问题。此外,高铝粉煤灰中的氧化铝含量高达40%以上,与铝土矿中氧化铝的含量相当,是一种重要的非传统铝资源,因此将高铝粉煤灰中的铝资源进行资源化利用,既解决高铝粉煤灰带来的环境问题,实现可持续发展,也可以降低我国对他国铝土矿的依赖,提高国际竞争力。基于此,本文以高铝粉煤灰为原料来制备层级结构勃姆石,实现高铝粉煤灰的高附加值利用,为高铝粉煤灰的资源化利用提供新的途径。本文首先以六水合氯化铝为铝源,以氢氧化钠为沉淀剂,通过无模板水/溶剂热的方法来合成层级结构勃姆石,为高铝粉煤灰制备层级结构勃姆石奠定理论基础。然后分别以未除杂的粉煤灰盐酸浸液与除杂的粉煤灰盐酸浸出液为铝源,以氢氧化钠为沉淀剂,通过无模板水/溶剂热的方法来制备层级结构勃姆石。同时,对所得粉体进行SEM、XRD、FT-IR、N2吸附与脱附及孔径分布等表征以及吸附性能的研究。论文主要结果如下:（1）以AlCl3.6H2O为铝源,以氢氧化钠为沉淀剂,通过无模板水热/溶剂热法成功制备出了层级结构勃姆石,并且氢氧化钠的用量、水与乙醇的体积比、离子浓度、醇的种类、沉淀剂的种类通过影响勃姆石晶粒的成核与生长对勃姆石的形貌产生不同程度的影响。层级结构勃姆石的形成机理为:氢氧化铝通过溶解-结晶而生成勃姆石γ-AlOOH晶粒。然后勃姆石晶粒发生定向生长而生成片状结构。最后由于片状结构勃姆石表面羟基之间的相互作用使得片状勃姆石组装成层级结构勃姆石。（2）参照以AlCl3·6H2O为铝源制备层级结构勃姆石的工艺条件,以未除杂的粉煤灰盐酸浸出液为铝源,以氢氧化钠为沉淀剂,在水-异丙醇的混合溶液中可以制备出层级结构勃姆石,但是浸出液中的钙、硅元素与钠、铝元素发生反应生成了铝硅酸钠、水钙铝榴石、沸石杂质相,会影响勃姆石粉末的纯度及吸附性能,使得层级结构勃姆石在相同时间内对刚果红的去除率从97.9%下降至30%,因此需要对浸出液进行除杂来制备吸附性能良好的层级结构勃姆石。（3）以除杂后的粉煤灰盐酸浸出液为铝源,以氢氧化钠为沉淀剂,可以通过无模板法制备出纯度较高的层级结构勃姆石。其中以水-异丙醇为溶剂,体系的pH为11时所得的层级结构勃姆石的吸附效果最好,在60 min内对刚果红的最大去除率为83.8%,对应的吸附容量为83.8 mg/g,其比表面积为79.5 m2/g,孔容为0.22 cm3/g,平均孔径为11 nm。

关键词： 氧化铝   碳酸铝铵   晶种   烧结   相转化   AlF3  

摘要： 而纳米氧化铝陶瓷由于其粒径尺寸、晶界宽度以及气孔尺寸都处在纳米级别,根本上改变了氧化铝粉体的结构,所以纳米氧化铝陶瓷的烧结性能要好于传统的氧化铝陶瓷。但纳米氧化铝陶瓷的制备受到了很大的挑战。因为α相氧化铝的转化温度很高,通常达到1200℃以上,这导致晶粒尺寸在高温条件下不断长大,很难达到纳米级。对制备工艺造成很大的阻碍。本课题研究了通过均相沉淀法和热分解法制备纳米级α氧化铝的优化工艺。采用的是以碳酸铝铵(AACH)为前驱体通过添加α-Al2O3籽晶和氟化铝(AlF3)利用热分解法制备纳米级氧化铝,采用TEM、BET、XRD、TG-DSC、FT-IR对产品进行表征。此方法制备出的氧化铝粒度小、分散性能好。这种粉末制成的陶瓷坯体可在1350℃～1400℃的温度下烧结致密,达到相对密度97%以上,致密程度很高。实验主要结论:(1)得出优化的合成碳酸铝铵的工艺条件为:滴定方式:硫酸铝铵(AAS)到碳酸氢铵(AHC)溶液;滴定速率:5mL/min;AHC与AAS的配比过剩系数:1.3;pH保持在9左右;温度:8℃,碳酸氢铵浓度为1.7mol/L,硫酸铝铵浓度为0.3mol/L,PEG2000用量为5%。(2)利用碳酸铝铵混合10wt%α-Al2O3晶种和5wt%AlF3进行焙烧,可在900℃可完全转变为α相氧化铝,平均粒径约30nm。煅烧后出现部分形状规则的矩形和六角形α相氧化铝。α-Al2O3晶种和AlF3矿化剂的作用导致γ-Al2O3相消失。α-Al2O3晶种和AlF3矿化剂将θ-Al2O3→α-Al2O3的相变显著降低至900℃,比不含添加剂的碳酸铝铵降低了300℃。(3)以相对最佳工艺制备出的纳米α氧化铝粉末通过造粒、16MPa压片制成的陶瓷坯体升温至1400℃,烧结4 h相对密度达到99%以上,结晶与完全致密。比理论温度降低了200 ℃。

关键词： 环氧树脂   铝粉末   拉伸强度   紫外老化   湿热老化  

摘要： 环氧树脂具有固化收缩率小、粘结强度高及耐腐蚀等优点,广泛用于防腐结构中,但紫外光照、湿热环境中纯环氧树脂易发生黄变、发脆及龟裂等。为此,本论文在环氧树脂中添加铝粉末,研究铝粉末含量和形貌对环氧树脂复合材料拉伸强度、摩擦磨损性能、抗紫外老化及耐湿热老化性能影响。结果表明:(1)当片状铝粉末含量为3wt.%时,复合材料抗拉强度为45.0 MPa,比纯环氧树脂提高了 50.5%,平均摩擦系数为0.215,比纯环氧树脂降低了 47.2%。当球状铝粉末含量为6wt.%时,复合材料抗拉强度为64.5 MPa,比纯环氧树脂提高了 115.7%,平均摩擦系数为0.230,比纯环氧树脂降低了 43.5%。相同含量时,添加球状铝粉末的复合材料抗拉强度高于添加片状铝粉末的复合材料,而耐磨性低于添加片状铝粉末的复合材料;(2)湿热老化后,当片状铝粉末含量为3wt.%时,相比纯环氧树脂,水分子扩散系数降低了 23.0%,饱和吸水率降低了 6.23%,拉伸强度损失率降低了 91.9%。当球状铝粉末含量为6wt.%时,相比纯环氧树脂,水分子扩散系数降低了 3.14%,饱和吸水率降低了7.32%,拉伸强度损失率降低了 72.0%。相同含量时,添加片状铝粉末的复合材料耐湿热老化性能优于添加球状铝粉末的复合材料;(3)紫外老化后,相比纯环氧树脂,片状铝粉末含量为4wt.%时,复合材料黄变值降低了 91.5%,球状铝粉末含量为8wt.%时,复合材料黄变值降低了 88.7%;片状铝粉末含量为3wt.%时,复合材料拉伸强度损失率比纯环氧树脂降低了 87.3%,球状铝粉末含量为6wt.%时,复合材料拉伸强度损失率比纯环氧树脂降低了 72.7%。相同含量时,添加片状铝粉末的复合材料抗紫外老化性能优于添加球状铝粉末的复合材料。

关键词： 滴定沉淀法   α-Al2O3   喷射沉淀法   分散性   分步球磨法  

摘要： 氧化铝优异的物理和化学性能,使其在光学陶瓷、耐火材料以及电路基板方面具有广泛应用,被人们广泛关注。自Coble博士成功制备透明氧化铝陶瓷,到高质量钇铝石榴石透明陶瓷的成功制备,氧化铝无疑成为最重要的陶瓷原料之一,必将有光明的发展前景。液相沉淀法制备的氧化铝粉体具有活性高、纯度高等优点,所以被广泛采用。但氧化铝前驱体是两性氢氧化物,在制备过程中容易出现团聚现象,而团聚是制备高性能α-Al2O3粉体的一个难点,制约着其发展应用。本文以制备分散性良好、粒径细小、烧结活性高的近球形α-Al2O3粉体为目标,采用喷射沉淀法,研究滴定方式、加料方式以及温度等因素对粉体性能的影响。同时,改进球磨工艺,采用分步球磨法提高粉体的球形度和分散性。具体研究工作如下:（1）采用传统的化学滴定沉淀法制备α-Al2O3粉体。将溶液以液滴的形式混合。反应溶液在四斜叶涡轮式搅拌桨剧烈的搅拌过程中生成前驱体。探究滴定终点pH、滴定方式、铝盐浓度等对产生氧化铝前驱体以及煅烧后α-Al2O3粉体的影响。结果表明,正向滴定沉淀法制备氧化铝粉体的过程中,滴定终点pH对前驱粉体以及煅烧后粉体的形貌、成相温度有明显影响。滴定终点pH越高,制备的前驱体转变成纯相α-Al2O3的温度就越高,达到1200 ~oC。低煅烧温度条件下,高滴定终点pH时,煅烧后的粉体含有其它过渡相。相比之下,反向滴定制备α-Al2O3粉体,前驱体以及煅烧后粉体的分散性以及粒径均匀性要改善很多。煅烧后的α-Al2O3粉体的晶粒尺寸随着Al3+浓度的增加而增大。当作为分散剂的SO42-离子与Al3+的摩尔度比为15%时,制备的粉体分散性较好。粒径分布相比正滴法较均匀,平均粒径为196.7 nm。（2）高烧结活性α-Al2O3粉体是制备高透过率透明陶瓷的关键。传统滴定法产生的液滴尺寸较大,造成局部反应溶液浓度过高,不利于溶液的均匀性,最终导致粉体粒径偏大和团聚。本文借助ANSYS CFX软件,在对四斜叶涡轮搅拌桨搅拌过程模拟的基础上,发现此搅拌条件下溶液会产生对称的流场。因此,在传统滴定沉淀法基础上将硝酸铝溶液通过喷嘴雾化成许多细小的颗粒,即采用喷射沉淀法制备氧化铝前驱体。在喷射雾化的基础上,系统的研究了Al3+浓度、煅烧温度以及保温时间等工艺参数对粉体形貌、粒径以及相转化的影响。对粉体进行性能表征后,优化上述参数。实验表明:c[Al3+]=0.1 mol/L、c[NH4HCO3]=1.5 mol/L、[SO42-]/[Al3+]=15 mol.%、喷射速度为3 ml/min、煅烧温度为1150 ~oC、保温时间为2 h。最终获得了分散性良好、平均粒径为62.5 nm、比表面积大于22.4 m2·g-1的烧结活性高的α-Al2O3粉体。最后,为了进一步提高α-Al2O3粉体的分散性、球形度以及均匀的粒径分布,本论文采用分段球磨法对制备的粉体进行球磨处理。实验结果表明:采用分段球磨法对沉淀法制备的前驱体进行分段球磨,α-Al2O3粉体的分散性明显提高,且没有杂相出现。经分段球磨后最终获得分散性良好、球形度高、粒径分布窄的α-Al2O3粉体。

关键词： 片状铝粉   微胶囊化   二氧化硅   磷酸盐   功能化   水性涂料  

摘要： 片状铝粉因其具有金属光泽和随角异色性作为金属光泽颜料在涂料中得到了广泛的应用。由于人类社会可持续发展的需要,传统的溶剂型涂料正在快速地被水性涂料取代,水性涂料因其具有低的VOCs的排放量,得到了广泛的应用。原来与溶剂型涂料配套使用的铝颜料在水性涂料体系中与水反应生成氢气,造成铝颜料化学稳定性急剧下降,并给生产、储存过程造成安全隐患,且在应用过程中还存在与水性树脂的相容性差、光泽度下降等问题。本论文针对以上问题,设计并制备了三种具有双层结构的片状铝粉微胶囊,其内部阻水耐蚀层使其获得良好的化学稳定性并保持原有的光泽;外层亲水层使其在水性体系中具有良好的分散性。主要工作如下:1.设计了以片状铝粉为核、纳米二氧化硅为壳,壳外悬挂亲水末端有机链的微胶囊结构,实现抗蚀性和亲水性。通过调控正硅酸乙酯水解和KH550共水解的条件,一步法实现了纳米二氧化硅粒子在片状铝粉表面的组装以及末端为氨基的有机链与壳层的键合化学接枝。根据HG/T 2456.5-2016进行测试,片状铝粉微胶囊2小时内氢气释放量为23.5ml,说明其具有良好的耐腐蚀性。另将商业化的二氧化硅粒子与球形铝粉进行共球磨,制备出了以二氧化硅粒子为壳的片状铝粉微胶囊,模拟现有片状铝粉制备工艺,探索将微胶囊制备与现有工艺相结合的可行性。耐水测试结果显示,该方法制备的片状铝粉微胶囊抗蚀性有限,只能一定程度上降低腐蚀的速率。2.设计了一种以片状铝粉为核,磷酸锌铝盐为耐水钝化膜,外部螯合磷酸酯进行封孔的双层结构微胶囊。在复配的磷酸盐缓冲溶液中(pH为8温和条件下),在铝粉粒子表面制备了磷酸锌铝盐化学转移膜,然后螯合带有亲水基团的磷酸酯在其表面形成亲水壳层,从而实现片状铝粉的亲水性及耐蚀性。结果表明,这种片状铝粉微胶囊具有良好的耐蚀性,可达到2小时内无氢气析出,远高于行业标准。此外,接触角测试结果显示,片状铝粉微胶囊与水的接触角由93.45°降低为31.34°,说明亲水性已实现。3.设计了一种以片状铝粉为核,内层以磷酸锌铝盐化学转移膜、外层为季铵盐基团有机链的片状铝粉微胶囊。化学转移膜制备方法同上,季铵盐有机链的接枝通过N-三甲氧基甲硅烷基丙基-N,N,N-三甲基氯化铵和二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵这两种季铵盐类硅烷偶联剂与已钝化的片状铝粉微胶囊上羟基间的缩合实现,从而实现片状铝粉的抗蚀性与抗菌性。根据HG/T 2456.5-2016对所制备的片状铝粉微胶囊进行耐水测试,结果显示所制备两种的片状铝粉微胶囊2小时内析氢量均为0ml,说明耐蚀性已实现。抗菌测试表明,所制备的两种抗菌型片状铝粉微胶囊对金黄色葡萄球菌均有一定的抑制作用。将所制备的磷系片状铝粉微胶囊在武汉双虎涂料有限公司进行应用研究。结果显示,添加了双层片状铝粉微胶囊的涂料的光泽度为101.2%、鲜映性为7.15、金属闪烁度为83.1、粘接强度为0级。