本發明涉及化工領域，具體涉及一種納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體及其制備方法。
背景技術：
目前已知的磷酸鋁有五十多種，其中聚合磷酸鋁有二聚磷酸鋁、三聚磷酸鋁、多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁等，其中研究得較多的是三聚磷酸鋁，其作為一種新興的功能性材料，國內外相關研究主要為涂料防銹與玻璃制造領域。日本神戶大學的小林正光教授和他的同事在1970年最早合成三聚磷酸鋁，日本帝國化工公司在1981年形成了工業化裝置并將三聚磷酸鋁應用與防銹涂料領域。上世紀末，同樣是日本帝國化工公司生產出偏磷酸鋁，將其應用于玻璃制造。進入21世紀，國內專家、學者也逐步開展了聚磷酸鋁的合成和應用的相關研究工作，國內也建成了多套聚磷酸鋁的產業化裝置。
將粉體包膜可對其進行改性，發明專利申請《納米級包膜粉體及其制備方法》，申請號200610028539.3，公開了一種納米級包膜粉體，內核由選自氧化物、氫氧化物、固態無機含氧酸的兩種或多種化合物在機械化學作用下通過室溫固相酸堿反應生成的無機含氧鹽組成，表面包膜由磷酸鋁或亞磷酸鋁組成，其中鋁與磷的原子比是0.33∶1至3∶1。該包膜粉體可作為著色劑、補強劑、粉體材料等應用于涂料、橡膠、塑料、粘合劑、陶瓷、紙張、磁性材料中。通過包膜后，產品的著色耐熱性等均有顯著提高。
現有技術中未發現有將聚磷酸鋁應用于油墨、塑料、橡膠與造紙等并取得良好效果的相關報導，我們發現，將聚磷酸鋁直接應用于油墨、塑料、橡膠與造紙等材料會提高相應材料的防腐、熱穩定、耐候、使用壽命等性能，但實踐結果表明，直接將聚磷酸鋁應用于上述材料體系有穩定性差、不易分散、性能表現不佳等情況。
技術實現要素：
針對上述現有技術的缺陷和不足，本發明提供一種納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體及其制備方法，通過利用納米氧化物-有機酸包膜對聚磷酸鋁進行改性，以提高聚磷酸鋁的耐熱性、穩定性、分散性能及其他應用性能，使之能夠應用于油墨、塑料、橡膠與造紙等材料，從而提高相應材料的防腐、熱穩定、耐候、使用壽命等性能。
本發明的目的是通過下列的技術方案實現的：
一種納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，聚磷酸鋁為核，納米氧化物為中層，納米厚度的有機酸為外殼，所述的納米氧化物的質量為聚磷酸鋁質量的0.1-10%，所述的有機酸的質量為聚磷酸鋁質量的0.01-0.2%。
所述的聚磷酸鋁為二聚磷酸鋁、三聚磷酸鋁、多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁中的一種或一種以上的混合物。
所述的納米氧化物為mgo、cao、al2o3、sio2、zno、zro、sro、fe2o3、fe3o4、bi2o3、tio2、cuo、mno、mo2o3中的一種或一種以上的混合物。
所述的有機酸為醋酸、油酸、硬脂酸、草酸、檸檬酸、苯甲酸、酞酸、異酞酸、乙二胺四乙酸、酒石酸、鞣酸、氨基酸、馬來酸、富馬酸、烷基苯磺酸中的一種或一種以上的混合物。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將聚磷酸鋁進行粉碎，過篩，收集粒徑為0.2-20μm的聚磷酸鋁，在包膜反應裝置中加入分散劑混合進行分散處理，作為基本載體先與粒徑為20-200nm的納米氧化物一同進行包膜反應，再與有機酸進行包膜反應并控制包膜厚度在10-100nm，即得納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體。
優選的：所述的聚磷酸鋁的粒徑為0.5-20μm。
優選的：所述的納米氧化物的粒徑為50-200nm。
優選的：所述的有機酸的膜厚為30-100nm。
所述的分散劑為偏磷酸鈉、有機硅、脂肪酸、脂肪酸酰胺、脂肪酸酸金屬皂、聚乙二醇中的一種或一種以上的混合物，其加入量為聚磷酸鋁質量的0.1-10%。
所述的包膜裝置中兩層包膜反應的溫度均為20-150℃，時間均為2-120分鐘。
優選的，包膜反應的溫度為50-90℃，時間為10-80分鐘。
所述的包膜反應裝置為球磨機、棒磨機、振動磨、納米磨、渦流粉碎機、氣流粉碎機中的一種。
本發明的有益效果為：
通過利用納米氧化物-有機酸聚磷酸鋁進行雙層包膜，來對聚磷酸鋁進行改性，消除上述缺陷，使其易分散，提高了其防腐耐熱行，延長其使用壽命，克服了現有技術的不足。納米氧化物作為中層能夠提供很好的靜電屏蔽特性和較強的紫外吸收性能，而納米厚度的有機酸能夠使得粉體具備更好的分散性，便于在實際應用中與主料融合，容易分散并且不會發生分層現象。本發明的發明人經過大量實驗研究，使得聚磷酸鋁能夠應用于上述材料，以提高相應材料的防腐、熱穩定、耐候、使用壽命等性能。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發明。應該理解的是，本發明的實施例是用于說明本發明而不是對本發明的限制。根據本發明的實質對本發明進行的簡單改進都屬于本發明要求保護的范圍。
實施例1
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，偏磷酸鋁、二聚磷酸鋁的混合物為核，mgo、cao的混合物為中層，納米厚度的油酸、檸檬酸、烷基苯磺酸的混合物為外殼，所述的mgo、cao的混合物的質量為偏磷酸鋁、二聚磷酸鋁的混合物質量的0.1%，所述的油酸、檸檬酸、烷基苯磺酸的混合物的質量為偏磷酸鋁、二聚磷酸鋁的混合物質量的0.01%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg偏磷酸鋁、二聚磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為0.2μm的聚磷酸鋁混合物，加入0.02kg偏磷酸鈉、有機硅的混合物混合進行分散處理，作為基本載體與0.1kg粒徑為20nm的mgo、cao的混合物一同在棒磨機中進行包膜反應，包膜反應的溫度為20℃，時間為2分鐘，再投入0.01kg的油酸、檸檬酸、烷基苯磺酸的混合物，包膜反應10分鐘，包膜厚度控制在10nm，即得。
實施例2
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，焦磷酸鋁、三聚磷酸鋁的混合物為核，zno、cuo、fe2o3的混合物為中層，納米厚度的苯甲酸、酞酸的混合物為外殼，所述的zno、cuo、fe2o3的混合物的質量為焦磷酸鋁、三聚磷酸鋁的混合物質量的2%，所述的苯甲酸、酞酸的混合物的質量為焦磷酸鋁、三聚磷酸鋁的混合物質量的0.2%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg焦磷酸鋁、三聚磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為5μm的聚磷酸鋁混合物，加入2kg脂肪酸酰胺、脂肪酸酸金屬皂、聚乙二醇的混合物混合進行分散處理，作為基本載體與2kg粒徑為100nm的zno、cuo、fe2o3的混合物一同在棒磨機中進行包膜反應，包膜反應的溫度為135℃，時間為25分鐘，再投入0.2kg的油酸、檸檬酸、烷基苯磺酸的混合物，包膜反應45分鐘，包膜厚度控制在95nm，即得。
實施例3
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物為核，tio2、mno、mo2o3的混合物為中層，納米厚度的草酸、氨基酸、馬來酸的混合物為外殼，所述的tio2、mno、mo2o3的混合物的質量為多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物質量的10%，所述的草酸、氨基酸、馬來酸的混合物的質量為多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物質量的0.05%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為20μm的聚磷酸鋁混合物，加入6kg脂肪酸、脂肪酸酸金屬皂的混合物混合進行分散處理，作為基本載體與10kg粒徑為75nm的tio2、mno、mo2o3的混合物一同在棒磨機中進行包膜反應，包膜反應的溫度為30℃，時間為70分鐘，再投入0.05kg的草酸、氨基酸、馬來酸的混合物，包膜反應35分鐘，包膜厚度控制在32nm，即得。
實施例4
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，三聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物為核，al2o3、sio2、zro、fe3o4、bi2o3的混合物為中層，納米厚度的草酸、苯甲酸、異酞酸、鞣酸、氨基酸的混合物為外殼，所述的al2o3、sio2、zro、fe3o4、bi2o3的混合物的質量為三聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物質量的7%，所述的苯甲酸、異酞酸、鞣酸、氨基酸的混合物的質量為三聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物質量的0.18%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg三聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為18μm的聚磷酸鋁混合物，加入0.5kg脂肪酸酸金屬皂混合進行分散處理，作為基本載體與7kg粒徑為120nm的al2o3、sio2、zro、fe3o4、bi2o3的混合物一同在納米磨中進行包膜反應，包膜反應的溫度為50℃，時間為8分鐘，再投入0.18kg的苯甲酸、異酞酸、鞣酸、氨基酸的混合物，包膜反應60分鐘，包膜厚度控制在50nm，即得。
實施例5
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，多聚磷酸鋁為核，sio2、zro、bi2o3的混合物為中層，納米厚度的醋酸、乙二胺四乙酸、酒石酸的混合物為外殼，所述的sio2、zro、bi2o3的混合物的質量為多聚磷酸鋁質量的9.5%，所述的醋酸、乙二胺四乙酸、酒石酸的混合物的質量為多聚磷酸鋁質量的0.06%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg多聚磷酸鋁進行粉碎，過篩，收集粒徑為0.3μm的多聚磷酸鋁，加入3kg有機硅、聚乙二醇的混合物混合進行分散處理，作為基本載體與9.5kg粒徑為150nm的sio2、zro、bi2o3的混合物一同在渦流粉碎機中進行包膜反應，包膜反應的溫度為145℃，時間為60分鐘，再投入0.06kg的醋酸、乙二胺四乙酸、酒石酸的混合物，包膜反應5分鐘，包膜厚度控制在80nm，即得。
實施例6
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，三聚磷酸鋁、多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物為核，zno為中層，納米厚度的水楊酸、乙二胺四乙酸、酒石酸的混合物為外殼，所述的zno的質量為三聚磷酸鋁、多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物質量的0.6%，所述的水楊酸、乙二胺四乙酸、酒石酸的混合物的質量為三聚磷酸鋁、多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物質量的0.09%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg三聚磷酸鋁、多聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為12μm的聚磷酸鋁混合物，加入7kg偏磷酸鈉、聚乙二醇的混合物混合進行分散處理，作為基本載體與0.6kg粒徑為20-200nm的zno一同在氣流粉碎機中進行包膜反應，包膜反應的溫度為25℃，時間為10分鐘，再投入0.09kg的水楊酸、乙二胺四乙酸、酒石酸的混合物，包膜反應15分鐘，包膜厚度控制在25nm，即得。
實施例7
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，二聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物為核，mgo、cao、mo2o3的混合物為中層，納米厚度的鞣酸、馬來酸、富馬酸的混合物為外殼，所述的mgo、cao、mo2o3的混合物的質量為二聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物質量的1.8%，所述的鞣酸、馬來酸、富馬酸的混合物的質量為二聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物質量的0.056%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg二聚磷酸鋁、偏磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為5.9μm的聚磷酸鋁混合物，加入10kg偏磷酸鈉、脂肪酸酰胺、聚乙二醇的混合物混合進行分散處理，作為基本載體與1.8kg粒徑為95nm的mgo、cao、mo2o3的混合物一同在納米磨中進行包膜反應，包膜反應的溫度為105℃，時間為55分鐘，再投入0.056kg的鞣酸、馬來酸、富馬酸的混合物，包膜反應17分鐘，包膜厚度控制在38nm，即得。
實施例8
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，二聚磷酸鋁、三聚磷酸鋁的混合物為核，sio2、zro、cuo、mno的混合物為中層，納米厚度的檸檬酸、酞酸、烷基苯磺酸的混合物為外殼，所述的sio2、zro、cuo、mno的混合物的質量為二聚磷酸鋁、三聚磷酸鋁的混合物質量的0.8%，所述的檸檬酸、酞酸、烷基苯磺酸的混合物的質量為二聚磷酸鋁、三聚磷酸鋁的混合物質量的0.17%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg二聚磷酸鋁、三聚磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為0.6μm的聚磷酸鋁混合物，加入0.53kg聚乙二醇混合進行分散處理，作為基本載體與0.8kg粒徑為200nm的sio2、zro、cuo、mno的混合物一同在振動磨中進行包膜反應，包膜反應的溫度為120℃，時間為40分鐘，再投入0.17kg的草檸檬酸、酞酸、烷基苯磺酸的混合物，包膜反應9分鐘，包膜厚度控制在69nm，即得。
實施例9
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，多聚磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物為核，sio2為中層，納米厚度的鞣酸、氨基酸的混合物為外殼，所述的sio2的質量為多聚磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物質量的7.3%，所述的鞣酸、氨基酸的混合物的質量為多聚磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物質量的0.14%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg多聚磷酸鋁、焦磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為5.8μm的聚磷酸鋁混合物，加入3.5kg脂肪酸酰胺混合進行分散處理，作為基本載體與7.3kg粒徑為116nm的sio2一同在棒磨機中進行包膜反應，包膜反應的溫度為20-150℃，時間為95分鐘，再投入0.14kg的鞣酸、氨基酸的混合物，包膜反應5分鐘，包膜厚度控制在65nm，即得。
實施例10
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體中，三聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物為核，zno、sro的混合物為中層，納米厚度的乙二胺四乙酸、烷基苯磺酸的混合物為外殼，所述的zno、sro的混合物的質量為三聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物質量的5.7%，所述的乙二胺四乙酸、烷基苯磺酸的混合物的質量為三聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物質量的0.09%。
本發明所述的納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁粉體，其制備方法包括以下步驟：
將100kg三聚磷酸鋁、偏磷酸鋁的混合物進行粉碎，過篩，收集粒徑為19μm的聚磷酸鋁混合物，加入7.6kg脂肪酸、脂肪酸酰胺、脂肪酸酸金屬皂的混合物混合進行分散處理，作為基本載體與5.7kg粒徑為20-200nm的zno、sro的混合物一同在振動磨中進行包膜反應，包膜反應的溫度為112℃，時間為8分鐘，再投入0.09kg的乙二胺四乙酸、烷基苯磺酸的混合物，包膜反應85分鐘，包膜厚度控制在98nm，即得。
實驗例1
將本發明實施例1產品應用于造紙工業，具有不污染環境、抗氧化性佳、相容性好，且使用方便，安全、無毒、對皮膚溫和、對眼粘膜無刺激。添加本發明產品后，紙張在90℃的條件下抗老化測試，可延長48小時以上。
實驗例2
將本發明實施例3產品作為填充料應用于油墨，尤其是水性油墨中，易于分散、調色，結合力好，油墨體系穩定，耐光性、耐化學品性顯著提高。添加本發明產品后，可得到耐化學品性優秀的油墨，其中耐5%鹽酸達到48小時以上,耐5%氫氧化鈉達到48小時以上。
實驗例3
將本發明實施例4產品添加到塑料中，可顯著提升熱穩定性。比如，pa熱變形溫度可由103度提升到145度；pa66熱變形溫度可由70度提升至150度；pbt熱變形溫度可由55度提升至162度；hdpe熱變形溫度可由49度提升至122度；abs可由83度提升至120度。
實驗例4
將本發明實施例5產品作為填充料應用于橡膠中，分散性、相容性好，可明顯提高橡膠耐紫外線性能和耐臭氧性能。在加速試驗中，橡膠產品耐紫外線可延長24小時以上，耐臭氧可延長24小時以上。
實驗例5
納米氧化物-有機酸包膜的聚磷酸鋁與未包膜的聚磷酸鋁在實際應用中對比實驗數據如下表：
雖然，上文中已經用一般性說明、具體實施方式及試驗，對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。