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氣相三氧化二鋁在熒光燈的應用
日期：2025-05-13 14:37
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摘要：
氣相三氧化二鋁在熒光燈的應用
摘要：贏創德固賽公司AEROXIDE氣相法氧化鋁產品具有許多特殊的物理化學特性，例如，納米級顆粒，高純度，低含水量，這些特性都成為當今高質量熒光燈涂層解決方案中至關重要的一部分。
AEROXIDEAlu C氣相法氧化鋁已經成為熒光燈的一個不可或缺的成分，具有三大重要的功能對制造高光效，長壽命的熒光燈至關重要：**，氧化鋁反射透過熒光粉層的紫外光，使其繼續激發熒光粉，提高了熒光燈的發光效率，**，氧化鋁作為有效的汞擴散阻擋層，可將汞的用量降到*低限度，能夠延長燈的使用壽命，第三，氧化鋁作為粘結劑能夠提高熒光粉和玻璃燈管之間的粘結強度，使熒光粉不脫落。
0 引言
氣相法生產的氧化鋁具有顆粒細、純度高、良好的可分散性和表面帶正電的特性廣泛的應用于熒光節能燈，像片打印紙和粉末涂料等領域。近年來，從實現可持續發展、保護環境為目的的節能到提高能源使用效率，照明用節能熒光燈都被賦予了重大的意義，各國政府也花大力氣推行使用熒光燈，并鼓勵開發更高發光效率、更長壽命的熒光燈產品。在熒光燈中，氣相法氧化鋁用于保護膜，具有反射紫外線和阻擋汞擴散的功能，同時又能做為熒光粉的粘結劑，能夠有效的提高光效和延長燈的壽命，是提升熒光燈產品品質的優選方案。
氣相三氧化二鋁在熒光燈的應用
1 氣相法氧化鋁的制備和性能
1.1 氣相法氧化鋁的制備工藝
大規模的工業化合成氣相法氧化鋁的制備過程從本質上來說可以描述為三氯化鋁（AlCl3）的高溫燃燒水解過程。在這個過程中三氯化鋁轉變為氣相，然后與氫氧焰燃燒產物-水反應，生成產物氧化鋁，其化學反應方程式為：
2AlCl3 +3H2 +1.5 O2 →Al2O3 + 6HCl
這種特殊的生產工藝是由贏創德固賽公司在60多年前發明的，由于采用高溫燃燒水解法進
圖1 氣相法氧化鋁的計算機模型
行生產，AEROXIDE被稱為氣相法氧化鋁，其產品是由納米級的原生顆粒組成，堆密度低，容易在水體系里分散，圖1顯示出氣相法氧化鋁的所擁有的獨特結構的計算機模型。
1.2 氣相法氧化鋁的性能
贏創德固賽公司的AEROXIDE氣相法氧化鋁為蓬松的白色粉末，原生顆粒直徑在7-40nm之間，原生顆粒不是孤立存在，而是團聚成幾百納米大小的團聚顆粒，使用的原材料完全出自化學反應，純度很高。AEROXIDE 氣相法氧化鋁的純度超過99.8%，重金屬含量一般低于常規方法的檢出極限。而且有多種方法改變AEROXIDE 的表面和結構，以滿足各種應用的要求。如AEROXIDEAlu 65的表面積僅為65m2/g,而AEROXIDEVP Alu3的比表面積為130 m2/g，在熒光燈氧化鋁保護膜中應用*廣泛的AEROXIDEAlu C的比表面積為100 m2/g，表1顯示出AEROXIDE氣相法氧化鋁主要產品的物化數據。
表1 AEROXIDE 氣相法氧化鋁主要產品物化數據
| | AEROXIDE Alu 65 | AEROXIDE Alu C | AEROXIDE VP Alu3 |
| BET比表面積（m2/g） | 65 | 100 | 130 |
| 原生顆粒直徑（nm） | ～20 | ～13 | ～10 |
| X-射線衍射晶相 | q 和d, 少量 g | 33%d, 66% g | g |
| 比重(g/cm3) | 3.2 | ||
| PH(4%分散液) | 4.5-6.0 | 4.5-5.5 | 4.5-6.5 |
| 灼燒損失（1000℃） | ＜3 wt% | ||
| 折射指數，n | 1.69 | ||
氣相三氧化二鋁在熒光燈的應用
2 AEROXIDE 氣相法氧化鋁在熒光燈中主要功能
2.1 氧化鋁作為選擇性紫外線反射材料
氧化鋁粉末呈白色不透明狀，其原因在于在氧化鋁表面上發生光散射。光散射特性以及原生粒子大小和集聚體結構使得AEROXIDE氣相法氧化鋁成為一種近乎**的光學介質，即作為波長選擇性紫外線反射材料。圖3 清楚地顯示出氧化鋁的這種散射特性。
圖3 根據瑞利散射定律散射光特性與光的波長之間的關系
盡管，在可見光的范圍內各種波長的散射因子區別不大，但是在紫外區散射因子急劇上升，這意味著在相同的情況下，光的散射強度在254納米處要比在500納米（綠光）處高出16倍：比800納米（紅光）處的散射強度高出100倍，因此，熒光燈管內側的氧化鋁保護膜對于可見光近乎透明，但卻會反射透過熒光粉層的紫外光，使其繼續激發熒光粉發光，提高了熒光燈的發光效率。
2.2 氧化鋁作為汞擴散的阻擋層
未應用氧化鋁的燈管不斷有一些水銀通過熒光材料層擴散到玻璃管內，并隨著時間的推移燈管變灰色。這種效應一方面使產生紫外線的汞損失，另一方面灰色的燈管會吸收更多的可見光將其轉換成熱。為了彌補這些損失必須增加汞的用量并提高功率，但這會導致燈管更熱，從而進一步加劇汞的擴散。一層氧化鋁在燈管內側作為有效的汞阻擋層，可將所需的有毒重金屬用量減少，同時延長燈的使用壽命。
2.3 氧化鋁作為熒光粉層無機粘結劑
熒光粉相互之間以及和玻璃表面的粘合性差，AEROXIDE氣相法氧化鋁的聚集體顆粒粒徑在0.1-0.2微米之間，可以作為粒度為6-10微米左右的熒光粉的填充細粉，所以在熒光粉料漿中添加2~5%的AEROXIDE氣相法氧化鋁作為無機粘結劑，可以明顯的增強熒光粉相互之間以及和燈管之間的粘結力，避免熒光粉的脫落。
2.4采用氧化鋁保護膜熒光燈的設計
如圖2所示，采用氧化鋁保護膜生產熒光燈，首先，在玻璃管內側涂覆純氧化鋁保護膜，涂層厚度約為3-5微米。其次，為了提高熒光粉層的粘結力，通常在熒光粉的料漿中添加氧化鋁，質量為熒光粉的2-5%。*后，將帶有氧化鋁的熒光粉以料漿的形式涂覆到氧
圖2 帶氧化鋁保護膜熒光燈的構造
化鋁保護膜上，再經過其他的后續工藝過程做成熒光燈。帶有氧化鋁保護膜熒光燈的設計充分的利用了氧化鋁的三種保護功能，提高了熒光燈的光效、流明和壽命，國際上一些有名的熒光燈制造商普遍采用這種設計生產高質量的熒光燈。表2顯示出帶有氧化鋁保護膜和沒有氧化鋁保護膜熒光燈的實驗數據對比。從表中可以看出，在同樣的工藝條件下，沒有氧化鋁保護膜的第2組熒光燈的初始光通量更強，這是由可見光通過氧化鋁保護膜有1%左右的衰減造成的，但是1000小時后帶氧化鋁保護膜的第1組熒光燈的光通量和光衰明顯好于沒有保護膜的2組熒光燈，充分顯示了帶氧化鋁保護膜設計的優越性。
表2 緊湊型熒光燈帶和不帶氧化鋁保護膜設計的實驗數據
| 熒光燈 | 氧化鋁保護膜 | 氧化鋁涂層-熒光粉 | 初始光通量(Lm) | 1000小時光通量(Lm) | 1000小時光衰 | 2000小時光通量(Lm) | 2000小時光衰 |
| 1組 | Alu C | Alu C+紅粉 | 914 | 884 | 3.28% | 875.3 | 4.23% |
| 2組 | 空白 | Alu C+紅粉 | 925.3 | 867.6 | 6.23% | 858.33 | 7.24% |
氣相三氧化二鋁在熒光燈的應用
3 AEROXIDE氣相法氧化鋁分散液的制備
3.1 AEROXIDE氣相法氧化鋁分散液的制備原理。
氣相法氧化鋁的分散液是一個復雜的膠體系統，分散體中氧化鋁的顆粒粒度都小于1微米，顆粒表面的化學性質以及顆粒和溶液其他組分之間的作用方式對分散體系起重要作用，可以利用這些化學性質來使分散液穩定。
Zeta 電位是反映顆粒表面電荷的物理量。當Zeta電位很大的時候，帶有相同電荷的顆粒之間會產生較大的靜電排斥力，阻止顆粒團聚。一般來說Zeta 電位高于+20mv或者低于-20mv分散體是穩定的。Zeta 電位和PH值之間是直接相關的，氣相法氧化鋁分散液的表面是帶正電荷的，在酸性條件下穩定，也可以通過加入一些有機分散劑的方法使氧化鋁表面改性帶負電，在堿性條件下穩定。圖4顯示了氣相法氧化物在水相中的 Zeta 電位隨溶液pH 的變化曲線，從圖中可以看出，AEROXIDEAlu C氧化鋁粉體在水體系中，當PH值在4-5之間，Zeta 電位大于20 mv，分散液在酸性條件下處于穩定狀態。在AEROXIDEAlu C水體系分散液中加入陰離子分散劑可以改變氧化鋁表面帶電性質，使其表面帶負電，在PH值7-9之間，Zeta 電位大于-20mv，分散液在堿性條件下處于穩定狀態，該產品是分散液AERODISPW 640 ZX。
3.2 AEROXIDE氣相法氧化鋁水分散液制備要點
為了確保AEROXIDE氣相法氧化鋁分散液的穩定性，首先，需要合適的分散方法。低速剪切分散使用普通的螺旋槳式和攪拌葉片是不足以對氣相法氧化鋁進行剪切分散的，這種混合的外圍線速度在1.5-6m/s,在這種線速度的條件下，*大的能量也只能潤濕氣相法氧化鋁，這將導致每批分散液的粘度不穩定，分散后的顆粒粒度不均勻，容易沉淀。在多數的工業應用中，為了達到足夠的剪切力，推薦使用高速攪拌機，鋸齒形齒盤攪拌葉片，齒盤的外圍線速度在10-20 m/s之間，如圖5 所示，容器直徑/齒盤直徑在2-3之間，使用這一比例，能觀察到一個強漩渦直達分散齒盤，如果分散盤太小，粉體會粘結在容器壁上。其次，因為AEROXIDE氣相法氧化鋁表面帶有正電荷，為了使分散液中的顆粒獲得足夠的靜電排斥力，需要加入少許酸調節氧化鋁分散液的PH值在4-5之間，從而使分散液穩定。
按照以上兩項要求，可以獲得固含量小于30%分散良好的穩定的AEROXIDE氣相法氧化鋁分散液。
圖5 高速剪切分散模型 L（容器直徑）/D（齒盤直徑）=2-3,
1+2=軸向物料流動，3+4=徑向物料流動
4 結語
贏創德固賽公司擁有超過60年開發、研究和生產氣相法氧化物的經驗，AEROXIDE氣相法氧化鋁因其穩定的質量、納米級的粒度、高純度和強粘結力而廣泛的應用于各種熒光燈中作為保護膜，已經是高流明、長壽命熒光燈中必不可少的一部分，贏創德固賽公司不僅因其廣泛的多品種的產品而為眾人所知，而且也是具有高度專業化和環保意識的技術市場的***。
