[发明专利]磷酸铝或多聚磷酸铝颗粒的制备

说明书

在先相关申请

本申请对在2006年8月11日提交的美国临时申请号60/837,397和在2007年2月22日提交的美国临时申请号60/903,237主张优先权。为了美国专利实践的目的，两个临时专利申请的内容被全部引入本文作为参考。

发明领域

本文提供了制备包含磷酸铝、正磷酸铝或多聚磷酸铝的组合物的方法，所述组合物包含空心颗粒。本发明进一步提供了这样的颗粒作为颜料在涂料中的用途。也提供了浆体形式的磷酸铝、正磷酸铝和多聚磷酸铝组合物。在某些实施方案中，磷酸铝、正磷酸铝或多聚磷酸铝进一步包含离子，例如钠、钾或锂离子。

发明背景

由于二氧化钛反向散射可见光的强大能力，它是最常见的白色颜料，所述反向散射能力依赖于其折射率。已经在寻找二氧化钛的替代物，但是由于结构原因，这种氧化物的锐钛矿和金红石形式的折射率都比任何其它白色粉末的折射率高得多。

二氧化钛颜料在它们分散在其中的涂料载体中是不可溶的。这些二氧化钛颜料的性能性质(包括其物理和化学特性)由颜料的颗粒大小和它表面的化学成分决定。可商业获取两种晶体结构的二氧化钛：锐钛矿和金红石。金红石二氧化钛颜料是优选的，因为它们比锐钛矿颜料更有效地散射光，而且更加稳定和持久。由于其与大多数树脂或涂料成分显著不同的高折射率，钛强烈地散射光线。由于它的散射能力，二氧化钛的装饰和功能性质让它成为一种非常理想的颜料。然而，已知二氧化钛是一种造价昂贵的颜料。因此，需要更便宜的二氧化钛替代品作为颜料。也需要制造具有空心颗粒的磷酸铝的经济有效的方法。

发明概述

本文提供了制备无定形磷酸铝或多聚磷酸铝的方法。在某些实施方案中，无定形磷酸铝或多聚磷酸铝进一步包含离子，例如钠、钾或锂离子。在一个实施方案中，该方法包括将磷酸和氢氧化铝反应，以生成酸性的磷酸铝溶液或悬浮液。该方法可以进一步包含中和步骤。中和步骤可以通过铝酸钠进行。

在某些实施方案中，制备无定形磷酸铝或多聚磷酸铝的方法包括将磷酸、氢氧化铝和铝酸钠反应。

在一个实施方案中，制造无定形磷酸铝或多聚磷酸铝的方法包括将酸性的磷酸铝溶液和铝酸钠反应。

在一个实施方案中，反应包含两个步骤。在第一步中，磷酸和氢氧化铝反应，以产生酸性的磷酸铝溶液。在一个实施方案中，磷酸铝被制备成水溶性磷酸铝。在某些实施方案中，水溶性磷酸铝的pH值低于大约3.5。在某些实施方案中，pH值是大约3、2.5、2、1.5或1。在某些实施方案中，磷酸铝被制备成具有较高pH值的精细固体-液体分散系。在一个实施方案中，pH值是大约3、4、5或6。

在第二步中，来自第一化学步骤的酸性磷酸铝水溶液或分散系和铝酸钠反应。在某些实施方案中，铝酸钠作为pH值大于大约10的水溶液被使用。在一个实施方案中，铝酸钠水溶液的pH值大于大约11、12或13。在一个实施方案中，铝酸钠水溶液的pH值大于大约12。在一个实施方案中，磷酸铝作为固体沉淀生成。在一个实施方案中，磷酸铝钠作为固体沉淀生成。在一个实施方案中，固体磷酸铝钠具有P/Al摩尔比＝0.85，且Na/Al摩尔比＝0.50。在一个实施方案中，固体磷酸铝钠具有P/Al摩尔比＝1.0，Na/A1摩尔比＝0.76。在某些实施方案中，可以通过相同的步骤获得具有其它配比的分子。

在一个实施方案中，在第一化学步骤中，将固体水合氢氧化铝加入到磷酸中。在另一个实施方案中，将固体水合氢氧化铝加入到纯化的液体铝酸钠溶液中，以形成胶体溶液或真溶液。在另一个实施方案中，将固体水合氢氧化铝作为固体或者作为水中的固-液体悬浮液直接加入第二反应步骤中。在某些实施方案中，反应以单一步骤进行。

在某些实施方案中，进行反应的第二步骤(即，将来自第一个化学步骤的酸性磷酸铝水溶液或分散系和铝酸钠反应)的反应器具有非常高的混合和剪切应力性能以混合反应物并生成具有所需颗粒大小分布的固体沉淀。在某些实施方案中，为了喷雾干燥过程的需要，可以调节反应器的分散性能。