引言

　　德国Degussa公司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，它广泛的应用于节能荧光灯等领域。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首选方案。然而，在不少节能灯生产企业中，对氧化铝的分散却没有达到要求。目前，节能灯生产企业所采用的氧化铝没分散好，颗粒较粗，它的功能也未充分发挥出来。本文的目的是论述气相法生产纳米氧化铝的分散方法。

　　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-水反应，生成产物氧化铝，其化学反应方程式为：

　　这种特殊的生产工艺是由Degussa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，AEROXIDE被称为气相法氧化铝，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，下图显示出气相法氧化铝的所拥有的独特结构的计算机模型。

气相法氧化铝的计算机模型

　　1.2 气相法氧化铝的性能

　　Degussa公司的AEROXIDE气相法氧化铝为蓬松的白色粉末，原生颗粒直径在7-40nm之间，原生颗粒不是孤立存在，而是团聚成几百纳米大小的团聚颗粒，使用的原材料完全出自化学反应，纯度很高。AEROXIDE 气相法氧化铝的纯度超过99.8%，重金属含量一般低于常规方法的检出极限。而且有多种方法改变AEROXIDE的表面和结构，以满足各种应用的要求。如AEROXIDEAlu 65的表面积仅为65m2/g,而AEROXIDEVP Alu3的比表面积为130 m2/g，在荧光灯氧化铝保护膜中应用最广泛的AEROXIDEAlu C的比表面积为100 m2/g，下表显示出AEROXIDE气相法氧化铝主要产品的物化数据。

AEROXIDE 气相法氧化铝主要产品物化数据

　　2 气相法氧化铝在荧光灯中的应用

　　2.1纳米氧化铝加固剂

　　对于直管型荧光灯和玻管已预先弯制成型的紧凑型荧光灯，为克服采用免球磨荧光粉时的脱粉问题，应在荧光粉中额外添加高纯(荧光级)、超细(小于100nm)颗粒的加固剂。目前用得较多的是德国Degussa公司的纳米级氧化铝粉末。该氧化铝借助于Van der Waals力加强了荧光粉颗粒之间及荧光粉颗粒和玻璃管内表面间的粘附，起到永久加固的作用。另外，这些氧化铝还会填入荧光粉涂层的空缺之处，使荧光粉层光滑、平整，使荧光粉层发光均匀。由于Al2O3和Y2O3的载荷倾向和HgO的相近，HgO很难在Al2O3和Y2O3表面吸附。因此，氧化铝的添加可防止荧光粉层表面处因HgO的吸附而形成黑色的吸光薄膜，使粉层的光衰减小。添加氧化铝的另一个作用是所谓的保护作用。由于超细的氧化铝充满了荧光粉颗粒之间的空隙，这就在一定程度上阻止了汞向玻璃的渗透和钠从玻管内表面向荧光粉粉层的热扩散，从而减缓了玻管玻璃的黑化进程和黑色钠汞齐在荧光粉层上的生成，使灯管的光衰减少。氧化铝虽然不发光，但是因其纯度高，它们对紫外光和可见光的吸收极少。因此，氧化铝的添加不影响灯管的可见光发射。

　　2.2纳米氧化铝的分散

　　所添加的氧化铝能否起到很好加固作用的关键在于氧化铝的分散。然而，将氧化铝放入水中是不能很好地分散的，因为虽然氧化铝原级粒子的平均粒径为13nm，但它们会以面相接，借助颗粒之间的吸引力构成原级粒子团，形成凝聚体。由于凝聚体的表面积比其单个粒子组成之和小得多，再分散较为困难;而且以点、角相接的原级粒子团会形成附聚体(其总表面积比凝聚体大，但小于单个粒子组成之总和)。因此，为要使添加的氧化铝起到很好的加固作用，一定要设法使聚集在一起的氧化铝团粒分散。为使氧化铝团粒在水中分散，外界得做功。所给的能量越大，分散程度越大，原级粒子团的粒径越小。为此，我们开发了一种结构简单的高速纳米氧化铝分散机，它的主要部件是不锈钢分散盘，在盘的边缘上交替冲压出锯齿，每个齿与盘的切线方向成一定角度，当分散盘高速转动时，每个齿的立缘面可产生强冲击作用，齿外缘面推动水向外流动，形成循环与剪切，其形状如图所示。

　　分散盘装配于一根由电机带动的高速旋转的轴上，当盘外缘的切线速度达到每秒15米时(若盘的直径为10厘米，电动机的转速为每分钟2900转时，可达到此切线速度)，对纳米氧化铝有着极好的分散效果。为防止在装分散液的园桶中形成死角和形成湍流，要求桶的直径为盘直径的三倍，盘离桶底的距离和盘直径一样，分散液在桶中的高度不大于二倍盘直径。

　　随着氧化铝的分散，其总表面自由能也就越来越大，在热力学方面就越不稳定。故此在水中氧化铝颗粒也有凝聚成团粒的趋势，以降低体系能量。因此，为保持以水为媒液的高度分散氧化铝悬浮液的稳定，需加入专门的表面活性剂，该表面活性剂吸附在氧化铝颗粒表面，使氧化铝颗粒的表面性质改变，使分散体系的自由能降低，从而防止氧化铝分散相的凝聚，使体系稳定。为使氧化铝悬浮液稳定，要求分散液Zeta电位高于+20mV，即要求分散液的PH值为4～5，如下图所示：

气相法氧化物产品在水相中Zeta电位-pH曲线

　　纳米氧化铝在水中的悬浮液可作为玻管的保护膜涂液，氧化铝越接近于原始粒径，保护效果越好。实验表明，氧化铝涂层越是致密，无孔隙和裂缝，其保护效果越好。近乎透明的连续保护膜有最好的保护效果。为提高直管荧光灯灯管的发光效率，减少稀土荧光粉的用量，在高光输出荧光灯玻管的内表面要涂一定厚度的紫外反射涂层。