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氢氧化铝具有阻燃、消烟和填充等多重功能,能与多种物质产生协同阻燃效应,已成为电子、交通运输、塑料和橡胶等行业中重要的环保型阻燃剂。随着新兴材料工业的发展及对环保要求的提高,其使用量和应用范围越来越大,同时对产品质量和使用性能也提出了更为严格的要求
氢氧化铝又称三水氧化铝,化学式Al(OH)3或Al2O·3H2O,理论化学成分Al2O365.4%,H2O34.6%。氢氧化铝为两性氢氧化物,按其结晶构造和物化性质不同,氢氧化铝有三种同素异晶体。1)三水铝石α-Al(OH)3或α-Al2O3·3H2O。结晶属单斜晶系,具有完整的解理,呈鳞片状,有玻璃光泽。硬度2.5-3.5。天然三水铝石的相对密度2.34-2.39,人造三水铝石的相对密度为2.424。天然三水铝石是构成自然界中三水铝石型铝土矿的主要成分。它在热液中脱水后转变为一水软铝石;在空气中加热脱水后可转变为一水软铝石、一水硬铝石或刚玉;2)拜耳石β-Al(OH)3或β-Al2O3·3H2O。结晶属六方晶系,在 NaOH溶液中的溶解度比三水铝高。它在自然界中极为稀少,仅在个别的三水铝石型铝土矿里发现。铝酸钠溶液低温自发分解或低温缓慢碳酸化分解,或用氨中和氯化铝溶液,析出胶体氢氧化铝后经长时间陈化时,都可人工得到拜耳石。但它是一种不稳定的化合物,然后会缓慢地转变为三水铝石,而在加热的碱液中转变速度大大加快;3)诺尔石,有的文献中又称拜耳石Ⅱ,美国常用符号为新β-Al (OH)3或新β-Al2O3·3H2O。其晶格是由相同的电子性的Al (OH)3八面体层构成,即可以认为是由按拜耳石和三水铝石交替排列的双层晶格组成。在自然界中存在极为稀少,只在个别的铝土矿和粘土矿里发现少量诺尔石。拜耳石沉淀物在强氨溶液作用下老化可生成诺尔石。溶液中加入钠或钾离子后,诺尔石则会转变为三水铝石。氢氧化铝不溶于水,而溶于酸或碱的水溶液中,是典型的两性氢氧化物。它在空气中加热脱水后,能转变成氧化铝,对氧化铝生产有重要意义。氢氧化铝是一种用途很广的化工产品,主要用作塑料和聚合物的填料,制毯的阻燃剂和粘结剂,环氧树脂的填料,造纸的颜色填充剂和涂料,生产硫酸铝、明矾、氟化铝、铝酸钠,合成分子筛,生产牙膏的填料,抗胃酸药物,玻璃的配料等。
【应用】
1. 化工原料:因为氢氧化铝能够大规模生产, 原料充足,产品纯度高,且易溶于酸碱。因此氢氧化铝是制备铝盐的重要原料,如铝酸钡、硫酸铝等。
2. 阻燃剂:氢氧化铝粉体因其具有填充、阻燃、消烟的功能且无毒无害,通常被视为塑料、不饱和聚酯、橡胶和其他有机聚合物的一种理想的阻燃剂填料。氢氧化铝的阻燃机理:当温度超过200 ℃时,氢氧化铝开始吸热分解并释放三个结晶水,在250 ℃左右其分解率最大。即:
2Al(OH)3 → Al2O3 + 3H2O↑
此反应为强吸热反应,从而抑制聚合物温度的升高,降低其分解率,且只产生水蒸气,不会生成有毒有害气体。因此阻燃机理可以归纳如下:1)吸热作用。在300~350 ℃脱水吸热, 抑制聚合物的温升;2)稀释作用。ATH 填充, 使可燃性高聚物的浓度下降。ATH 脱水放出的水汽稀释可燃性气体和氧气的浓度, 可阻止燃烧;3)覆盖作用。ATH 脱水后在可燃物表面生成Al2O3保护膜, 隔绝氧气,可阻止继续燃烧;4)碳化作用。阻燃剂在燃烧条件下产生强烈脱水性物质,使塑料碳化而不易产生可燃性挥发物, 从而阻止火焰蔓延。
3. 陶瓷:氢氧化铝经过高温焙烧得到氧化铝,而氧化铝具有较高的热化学稳定性、热强度、抗蠕变性、介电性能及较低的热膨胀系数,是合成瓷的重要材料。在陶瓷合成过程中,氢氧化铝活化和控制结晶过程,从而达到控制复合材料的相形成。
4. 污水处理:氢氧化铝在水中以Al(OH)4-为主,可以将污水中的有毒重金属通过共沉淀的方法沉淀下来再经过滤达到净水的效果。氢氧化铝又有很高的比表面积, 可以将污水中的胶体、悬浮固体、染料、有机物等吸附在表面。
5. 医药:氢氧化铝能够中和胃酸,且无毒无害,是治疗胃病的传统良药。而将氢氧化铝作为佐药又能提高疫苗的免疫原性,其作用机理为将抗原吸附在氢氧化铝表面,让其缓慢释放,达到延长药效的作用。
6. 造纸工业:氢氧化铝具有高白度、超细的粒子大小、完整的晶型,并且与增白剂的配伍性能强。把它作为涂料及树脂的添加剂,能有效的提高涂布纸的白度、不透明度、光滑度及着墨性。
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