气相法氧化铝在荧光灯涂层解决方案

气相法生产的氧化铝具有颗粒细、纯度高、良好的可分散性和表面带正电的特性广泛的应用于荧光节能灯，像片打印纸和粉末涂料等领域。近年来，从实现可持续发展、保护环境为目的的节能到提高能源使用效率，照明用节能荧光灯都被赋予了重大的意义，各国政府也花大力气推行使用荧光灯，并鼓励开发更高发光效率、更长寿命的荧光灯产品。在荧光灯中，气相法氧化铝用于保护膜，具有反射紫外线和阻挡汞扩散的功能，同时又能做为荧光粉的粘结剂，能够有效的提高光效和延长灯的寿命，是提升荧光灯产品品质的优选方案。

1 气相法氧化铝的制备和性能

1.1 气相法氧化铝的制备工艺

大规模的工业化合成气相法氧化铝的制备过程从本质上来说可以描述为三氯化铝（AlCl₃）的高温燃烧水解过程。在这个过程中三氯化铝转变为气相，然后与氢氧焰燃烧产物-水解反应，生成产物氧化铝，其化学反应方程式为：

2AlCl₃ +3H₂ +1.5 O₂ →Al₂O₃ + 6HCl    

这种特殊的生产工艺是由赢创德固赛公司在60多年前发明的，由于采用高温燃烧水解法进行生产，气相法氧化铝，其产品是由纳米级的原生颗粒组成，堆密度低，容易在水体系里分散，图1显示出气相法氧化铝的所拥有的独特结构的计算机模型。

图1 气相法氧化铝

1.2 气相法氧化铝的性能

2  气相法氧化铝在荧光灯中主要功能

2.1 氧化铝作为选择性紫外线反射材料
氧化铝粉末呈白色不透明状，其原因在于在氧化铝表面上发生光散射。光散射特性以及原生粒子大小和集聚体结构使得气相法氧化铝成为一种近乎**的光学介质，即作为波长选择性紫外线反射材料。图2 清楚地显示出氧化铝的这种散射特性。

图2 根据瑞利散射定律散射光特性与光的波长之间的关系

尽管，在可见光的范围内各种波长的散射因子区别不大，但是在紫外区散射因子急剧上升，这意味着在相同的情况下，光的散射强度在254纳米处要比在500纳米（绿光）处高出16倍：比800纳米（红光）处的散射强度高出100倍，因此，荧光灯管内侧的氧化铝保护膜对于可见光近乎透明，但却会反射透过荧光粉层的紫外光，使其继续激发荧光粉发光，提高了荧光灯的发光效率。

2.2 氧化铝作为汞扩散的阻挡层

未应用氧化铝的灯管不断有一些水银通过荧光材料层扩散到玻璃管内，并随着时间的推移灯管变灰色。这种效应一方面使产生紫外线的汞损失，另一方面灰色的灯管会吸收更多的可见光将其转换成热。为了弥补这些损失必须增加汞的用量并提高功率，但这会导致灯管更热，从而进一步加剧汞的扩散。一层氧化铝在灯管内侧作为有效的汞阻挡层，可将所需的有毒重金属用量减少，同时延长灯的使用寿命。

2.3 氧化铝作为荧光粉层无机粘结剂

荧光粉相互之间以及和玻璃表面的粘合性差，气相法氧化铝的聚集体颗粒粒径在0.1-0.2微米之间，可以作为粒度为6-10微米左右的荧光粉的填充细粉，所以在荧光粉料浆中添加2~5%的气相法氧化铝作为无机粘结剂，可以明显的增强荧光粉相互之间以及和灯管之间的粘结力，避免荧光粉的脱落。

2.4采用氧化铝保护膜荧光灯的设计

如图3所示，采用氧化铝保护膜生产荧光灯，首先，在玻璃管内侧涂覆纯氧化铝保护膜，涂层厚度约为3-5微米。其次，为了提高荧光粉层的粘结力，通常在荧光粉的料浆中添加氧化铝，质量为荧光粉的2-5%。*后，将带有氧化铝的荧光粉以料浆的形式涂覆到氧

图3 带氧化铝保护膜荧光灯的构造

化铝保护膜上，再经过其他的后续工艺过程做成荧光灯。带有氧化铝保护膜荧光灯的设计充分的利用了氧化铝的三种保护功能，提高了荧光灯的光效、流明和寿命，国际上一些有名的荧光灯制造商普遍采用这种设计生产高质量的荧光灯。表2显示出带有氧化铝保护膜和没有氧化铝保护膜荧光灯的实验数据对比。从表中可以看出，在同样的工艺条件下，没有氧化铝保护膜的第2组荧光灯的初始光通量更强，这是由可见光通过氧化铝保护膜有1%左右的衰减造成的，但是1000小时后带氧化铝保护膜的第1组荧光灯的光通量和光衰明显好于没有保护膜的2组荧光灯，充分显示了带氧化铝保护膜设计的优越性。

表2 紧凑型荧光灯带和不带氧化铝保护膜设计的实验数据

3气相法氧化铝分散液的制备

3.1气相法氧化铝分散液的制备原理。

气相法氧化铝的分散液是一个复杂的胶体系统，分散体中氧化铝的颗粒粒度都小于1微米，颗粒表面的化学性质以及颗粒和溶液其他组分之间的作用方式对分散体系起重要作用，可以利用这些化学性质来使分散液稳定。

Zeta 电位是反映颗粒表面电荷的物理量。当Zeta电位很大的时候，带有相同电荷的颗粒之间会产生较大的静电排斥力，阻止颗粒团聚。一般来说Zeta 电位高于+20mv或者低于-20mv分散体是稳定的。Zeta 电位和PH值之间是直接相关的，气相法氧化铝分散液的表面是带正电荷的，在酸性条件下稳定，也可以通过加入一些有机分散剂的方法使氧化铝表面改性带负电，在碱性条件下稳定。AL100氧化铝粉体在水体系中，当PH值在4-5之间，Zeta 电位大于20 mv，分散液在酸性条件下处于稳定状态。在AL100氧化铝水体系分散液中加入阴离子分散剂可以改变氧化铝表面带电性质，使其表面带负电，在PH值7-9之间，Zeta 电位大于-20mv，分散液在碱性条件下处于稳定状态。

3.2气相法氧化铝水分散液制备要点

   为了确保气相法氧化铝分散液的稳定性，首先，需要合适的分散方法。低速剪切分散使用普通的螺旋桨式和搅拌叶片是不足以对气相法氧化铝进行剪切分散的，这种混合的外围线速度在1.5-6m/s,在这种线速度的条件下，*大的能量也只能润湿气相法氧化铝，这将导致每批分散液的粘度不稳定，分散后的颗粒粒度不均匀，容易沉淀。在多数的工业应用中，为了达到足够的剪切力，推荐使用高速搅拌机，锯齿形齿盘搅拌叶片，齿盘的外围线速度在10-20 m/s之间，如图5 所示，容器直径/齿盘直径在2-3之间，使用这一比例，能观察到一个强漩涡直达分散齿盘，如果分散盘太小，粉体会粘结在容器壁上。其次，因为气相法氧化铝表面带有正电荷，为了使分散液中的颗粒获得足够的静电排斥力，需要加入少许酸调节氧化铝分散液的PH值在4-5之间，从而使分散液稳定。

按照以上两项要求，可以获得固含量小于30%分散良好的稳定的气相法氧化铝分散液。

图5 高速剪切分散模型 L（容器直径）/D（齿盘直径）=2-3,

1+2=轴向物料流动，3+4=径向物料流动

气相法三氧化二铝 AL 100

气相法三氧化二铝是采用气相法二氧化硅类似气相法工艺制得的BET表面积为100±15粒径为13纳米的三氧化二铝。针对粉末涂料的自由流动性、涂着效率以及边缘涂层效果等性能的需要而开发，具有粒径分布窄、晶型规整和自由流动性好等特点。CAS NO: 1344-28-1

技术质量指标：

出厂给出的数据为典型值而非生产参数

产品特性及应用

高度分散的气相法三氧化二铝用作助流剂，PET薄膜的防粘连剂，也可在荧光管和电灯泡以及环保型粉末涂料用作防护和粘结层。气相法三氧化二铝也用于高质量喷墨打印纸的涂层，为纸张提供高光泽和**的打印质量。增加涂料耐磨性能；在粉末涂料中助流动，提高上粉率；在卷钢涂料中，可做为热和辐射的保护剂；改善粉体带电量。在用静电发进行粉末涂料施工时，气相法三氧化二铝能提高粉末的流动性，而且由于它带有正电荷，还可以改善粉末涂料采用静电摩擦法施工涂装性能。

在粉末涂料中的使用特点：

u  提高成品粉末的自由流动性能；

u  提高粉末带电性和一次上粉率、增加喷涂面积；

u  提高工件的边角覆盖效果；

u  提高成品粉末存储稳定性，减少因受潮、结块等不利于使用情况的发生；

u  极少的添加量（0.1%～0.3%）即有显著效果。

如何正确使用氧化铝:

气相氧化铝和成品粉末需充分混合，较好的分散能*大限度地发挥其效用。较
好的添加方法可以减少气相氧化铝的添加量达到预期效果。以下为建议的添加
方法：氧化铝和挤出片料预混合后进行细粉碎后过筛；氧化铝和成品粉末均匀混合过筛；采用气动或相应喂料设备由排料阀阀体处定量加入，与成品粉末一并混合过筛。