[发明专利]具有优良机械强度的包含磷酸铝粘合剂的具有多尺度结构的氧化铝基材料，及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及毫米制品形式的基于氧化铝的材料领域，其是多孔的并具有优良的机械强度。更确切地，其涉及具有多尺度结构的材料，其由优选球形、测微（micrometric）和多孔的氧化铝基细和粗颗粒的分级集合以及由磷酸铝构成的粘合剂产生，以及涉及其制备方法。

现有技术

由粘合剂组装在一起成为多孔毫米制品形式的最大化单一种类颗粒构成的氧化铝基材料已经在例如专利US 6 780 817的现有技术中广泛描述。构成这种材料的颗粒为氧化铝颗粒或源自固体氧化铝前体(铝氧化物，羟基氧化物或氢氧化物)的颗粒，以及在这种情况下不在成型过程期间分散并因此存在于最终材料中。使用的粘合剂也为固体氧化铝前体，但是在成型过程期间具有比颗粒更好的分散能力。该材料的结构性能(BET比表面积，中孔和大孔体积，中孔直径)与制备所述材料中使用的颗粒和粘合剂的结构性能直接相关。此外，中孔和大孔体积受颗粒的量和粘合剂的量影响。实际上，如果粘合剂的量少，可以获得大的大孔体积，在这种情况下，材料的机械性能严重下降。可以通过增加粘合剂含量寻求机械性能的改进，其包括减少大孔体积，以及减少材料中的颗粒量。在这种情况下，材料的中孔隙率可能由于少量多孔颗粒而下降，并且因此，由所述颗粒获得的材料的中孔隙率更低。中孔的特性归因于氧化铝晶粒的构造，取决于制备方法和特别是氧化铝前体的合成或者毫米制品的成型。改善所述颗粒的结构性能，例如增加比表面积，可以通过合成或合成后处理寻求和获得中孔体积或中孔尺寸。但是，那些特性在成型期间部分下降。

本发明的目的和优点

本发明涉及具有多尺度结构的毫米制品形式的氧化铝基材料，其是多孔的并具有优良的机械强度，其由基于氧化铝的细和粗的测微多孔颗粒的分级集合以及由磷酸铝构成的粘合剂产生，使得所述材料具有内聚力，以及涉及其制备方法。

本发明的优点在于其氧化铝的细和粗多孔测微颗粒的分级构造，意味着材料中的颗粒数可以最大化，并因此可以增加所述材料的中孔体积。分级构造也可以用于将粘合剂量减到最少，因为粗颗粒之间的空隙由细颗粒填充，并且因此将提供材料内聚力所需的粘合剂量减到最少。粘合剂可用于确保最小的大孔体积，但是该大孔体积对于达成所述测微颗粒的孔隙而言是足够的。另一方面，分级构造提供合适的机械性能。此外，可以通过使用特殊的粘合剂获得那些性能的改进。

特别地，在一个方面，本发明涉及毫米制品形式的材料，其由中值粒径为10至200 μm的粗氧化铝颗粒，中值粒径为0.5至10 μm的细氧化铝颗粒以及由磷酸铝构成的粘合剂构成，所述粗颗粒所处的从一个接触面至另一个接触面的距离小于10 μm，所述细颗粒所处的从一个接触面至另一个接触面的距离小于5 μm并位于粗颗粒之间的空隙中，所述粘合剂位于所述细和粗颗粒之间的空隙中，所述材料具有由水银孔率法测定的0.2至2 mL/g的中孔体积，由水银孔率法测定的0.05至0.2 mL/g的大孔体积，以及80至350 m²/g的BET比表面积。

在另一个方面，本发明涉及一种制备所述材料的方法，包含至少以下步骤：

a) 将10 wt%至60 wt%的中值粒径为0.5至10 μm的细氧化铝颗粒和40 wt%至90 wt%的中值粒径为10至200 μm的粗氧化铝颗粒，5 wt%至50 wt%的固体氧化铝前体以及比例使得P/Al摩尔比率为0.2至1.2的磷酸溶液混合，氧化铝的细和粗颗粒的百分比根据测微颗粒的总量表示，固体氧化铝前体的百分比根据固体总量表示，所述氧化铝的粗颗粒和细颗粒由术语测微颗粒表示，具有0.2至2.5 mL/g的中孔体积，以及7至25 nm的中值中孔直径；

b) 将由步骤a)获得的混合物成型；

c) 干燥步骤b)结束时获得的未加工（green）材料；和

d) 煅烧由步骤c)获得的干燥材料。

本发明的一个优点为提供由于材料中所述颗粒的分级构造而具有最大细和粗多孔颗粒比例的材料，和因此提供具有非常宽的结构范围的材料，特别是中孔体积可以达到2 mL/g，比通常对于由现有技术粘合剂组装在一起的单一种类颗粒最大化所构成的氧化铝基材料所观察到的中孔体积值大得多。