CN100557721C - 一种无机复合导电粉体的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种以高岭石为基体锑掺杂氧化锡复合导电粉体的制备方法。本发明在高岭石矿物中加入分散剂，制成均匀分散的悬浮液矿浆；采用化学共沉淀法以氢氧化物或水合氧化物的形式均匀沉淀，将得到的沉淀物经抽滤洗涤、固液分离、干燥、焙烧、粉碎制得复合导电粉体。采用该方法，不仅大大降低了导电粉体的制备成本，而且极大地提高了高岭土资源的使用价值；该方法制得的复合导电粉体易分散、质量稳定、粉体颜色浅、导电性较好、易调制成近白色等各种颜色的导电添加剂，有着广阔的应用前景。

Description

一种无机复合导电粉体的制备方法

技术领域

本发明涉及一种无机复合导电粉体的制备方法，具体地说是涉及一种以高岭石为基体锑掺杂氧化锡复合导电粉体的制备方法，属于导电材料技术领域。

背景技术

随着社会科技的不断进步，人们对导电材料的要求也逐步提高。导电粉体是一种功能材料，它广泛应用于石油、化工、通信、电子、汽车、陶瓷、纺织、航空航天、造纸、印刷、粉体加工等各个工业部门及人们日常生活领域。当添加到由于受摩擦、撞击等易产生静电的塑料、橡胶、纤维、油漆与涂料中时，又可制成防静电的制品，以防止静电积累到一定程度，产生静电放电而造成恶性事件。

传统的常用导电粉体有碳系(碳黑、碳纤维、石墨)、金属系列(金属粉末、金属片、金属纤维)、有机系列和金属氧化物系列。我国对于导电粉体的研究始于上世纪90年代，且主要是以碳系为主。碳系导电粉的主要缺点是碳黑分散性差，制品颜色深暗，色调单一，不易调色，生产和使用易玷污工作环境；而金属粉易于氧化生成不具有导电性的金属氧化物，导电性能不稳定，耐腐蚀性差，有干扰无线电波的缺陷，另外价格昂贵且颜色较深；有机导电粉作填料时不耐高温，不耐腐蚀，且耐水性、耐油性差，抗静电性也不稳定，仅能适用于相对湿度大于60％的环境；而金属氧化物粉体大多存在导电性不佳，颜色深的缺陷，且使用过程中易于发生沉淀分层，影响基料的使用寿命。

浅色无机复合导电粉体主要是以介电常数较大、价格较为低廉、颜色较浅的物质作为芯核，而以金属或半导体金属氧化物粉末作为附载物而制成的一种导电颗粒。该种导电粒子的导电性能、防腐性能以及使用寿命都比较优越，特别是颜色可调，可以根据应用的要求制成各种浅色的导电粉体。

发明内容

本发明的目的是提供一种无机复合导电粉体的制备方法，该方法可以大大的降低导电粉体的制备成本，所得粉体颜色浅、导电性较好。

一种无机复合导电粉体的制备方法，主要包括以下步骤：

(1)将高岭土粉或煅烧高岭土粉与去离子水配成固含量(重量百分比)为5％～20％的溶液，加入重量比为0.1％的六偏磷酸钠或聚乙二醇作为分散剂，在温度为45～75℃电热恒温水浴锅中充分搅拌，使矿物颗粒分散均匀，制成悬浮液矿浆。

(2)配制锡盐的盐酸溶液，浓度为0.1～0.5mol/L，配置时所用盐酸的浓度为1～2mol/L。置于磁力搅拌器上完全溶解，按摩尔比5～12∶1称取锑盐溶于上述酸溶液中继续搅拌，使之均匀混合。

(3)将酸性混合溶液与碱液沉淀剂，通过液体分布器以细小的液滴同时滴入盛有均匀分散的高岭土悬浮液并保持搅拌的反应器中，搅拌速度在300～700r/min，通过控制酸液和碱液的流量，控制体系在45～75℃温度下，维持pH值在1.0～4.5范围内平稳反应，使锡、锑水解并产生共沉淀，均匀地附载在高岭石基体的表面上。碱液沉淀剂为氨水、碳酸氨、碳酸氢氨、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸铵或尿素中的一种或几种的混合液，其质量分数为10％～30％。在反应器中插入pH值测量探头，通过数显pH计控制反应液的pH值。反应时间控制在0.5～4h，高岭石的重量掺量(m_{高 岭土}/(m_高岭土+m_SnCl4))控制在30％～85％范围内。

(4)将沉淀产物恒温静置0.5h以上，然后进行洗涤、抽滤、干燥、煅烧、粉碎，即可制到以天然高岭石矿物为基体的无机复合导电粉体。抽滤洗涤到滤液中无Cl^-为止(用AgNO₃检测无白色沉淀出现)，可抽滤洗涤3～5次，干燥可在60～110℃下进行，煅烧温度为400～800℃，升温速度为5～20℃/min，煅烧时间为1～2.5h。

本发明选用粒度细小均匀、纯度高的高岭土为原料，这将有利于提高复合导电粉体的综合性能。从天然矿物中经选矿提纯、超细粉碎、超细分级、煅烧得粒度细小均匀、纯度高的高岭土。提纯和超细后的高岭土矿物在水中具有良好的分散性。

本发明以天然高岭土矿物作为基体，采用化学共沉淀法将改性剂或沉淀剂，以氢氧化物或水合氧化物的形式均匀沉淀在高岭石表面形成附载导电层，然后经洗涤、干燥、焙烧等工艺将该附载层牢固地固定在高岭石的表面，从而得到一种复合导电粉体。这种粉体可以添加在塑料、橡胶、纤维、涂料中，使其具有导电、防静电、屏蔽电磁波等功能，从而消除静电带来的危害。此外，它在电子、电器、航空、涂料、化工、印刷、包装、船舶等领域也有广泛的应用。

我国的高岭土矿物资源非常丰富，在自然界的分布广泛，价格低廉，易于提纯和分散，制备方法简便，矿物基体和附载层在空气中不易被氧化，因此导电性能稳定。和现有的碳系和金属系列导电粉体相比，本发明提出的复合导电粉体具有更高的性价比。

1.本发明选用廉价的天然层状结构高岭石矿物作为复合导电粉体的基体，不仅可以大大降低导电粉体的制备成本，极大地提高了高岭土资源的使用价值。

2.本发明充分利用了高岭石矿物及其深加工产品白度高、多孔特性，使制备的复合导电粉体颜色易于调节，产品性能更加稳定。

3.高岭石表面附载层的厚度可控，使锑掺杂氧化锡更加牢固、均匀地附载在高分散高岭土矿物的表面，可以调节产品的导电性能。

4.本发明具有成本低、产品易分散、质量稳定等优点，粉体颜色浅、导电性较好、易调制成近白色等各种颜色的永久性导电添加剂，易于实现工艺生产，有着广阔的工业应用前景。

具体实施方式

实施例1：

以广西某地软质高岭石矿物为基体制备复合导电粉体，包括以下步骤：

(1)将40g高岭土粉与160g去离子水配成固含量为20％的溶液，加入聚乙二醇作为分散剂，置于50℃的电热恒温水浴锅中充分搅拌，使矿物颗粒分散均匀，制成悬浮液矿浆。

(2)用1.5mol/L的盐酸配制SnCl₄·5H₂O酸溶液，浓度为0.1mol/L，置于磁力搅拌器上完全溶解，按摩尔掺杂比例为92∶8称取相应的SbCl₃溶于上述酸溶液中继续搅拌，均匀混合。

(3)将酸性混合溶液与碱液沉淀剂浓度为20％的氨水，通过液体分布器以细小的液滴同时滴入盛有均匀分散的高岭土悬浮液并保持搅拌的反应器中，搅拌速度为400r/min，通过控制酸液和碱液的流量，维持pH值在2.5～3.0范围内平稳反应，滴加时间为2h。高岭石的掺量(m_高岭土/(m_高岭土+m_SnCl4))为80％。

(4)将反应后的产物恒温静置2h以上，然后进行洗涤，抽滤，60℃干燥，700℃焙烧1.5h，升温速度10℃/min。粉碎后，即得到以高岭石矿物为基体的复合导电粉体。

实施例2：

以广东某地软质高岭石矿物为基体制备复合导电粉体，包括以下步骤：

(1)将10g高岭土粉与90g去离子水配成固含量为10％的溶液，加入六偏磷酸钠作为分散剂，置于60℃的电热恒温水浴锅中充分搅拌，使矿物颗粒分散均匀，制成悬浮液矿浆。

(2)用1.5mol/L的盐酸配制SnCl₄·5H₂O酸溶液，浓度为0.1mol/L，置于磁力搅拌器上完全溶解，按摩尔掺杂比例为86∶14称取相应的SbCl₃溶于上述酸溶液中继续搅拌，均匀混合。

(3)将酸性混合溶液与碱液沉淀剂浓度为20％的氨水，通过液体分布器以细小的液滴同时滴入盛有均匀分散的高岭土悬浮液并保持搅拌的反应器中，搅拌速度为600r/min，通过控制酸液和碱液的流量，维持pH值在2.5～3.5范围内平稳反应，滴加时间为2h。高岭石的掺量(m_高岭土/(m_高岭土+m_SnCl4))为70％。

(4)将反应后的产物恒温静置3h，然后进行洗涤，抽滤，60℃干燥，700℃焙烧2h，升温速度5℃/min。粉碎后，即得到以高岭石矿物为基体的复合导电粉体。

实施例3：

以广东某地煅烧高岭土为基体制备复合导电粉体，包括以下步骤：

(1)将5g经700℃煅烧2.5h的高岭土粉，研磨后与95g去离子水配成固含量为5％的溶液，加入聚乙二醇作为分散剂，置于60℃的电热恒温水浴锅中充分搅拌，使矿物颗粒分散均匀，制成悬浮液矿浆。

(2)用1.5mol/L的盐酸配制SnCl₄·5H₂O酸溶液，浓度为0.1mol/L，置于磁力搅拌器上完全溶解，按摩尔掺杂比例为86∶14称取相应的SbCl₃溶于上述酸溶液中继续搅拌，均匀混合。

(3)将酸性混合溶液与碱液沉淀剂浓度为20％的氨水，通过液体分布器以细小的液滴同时滴入盛有均匀分散的高岭土悬浮液并保持搅拌的反应器中，搅拌速度为600r/min，通过控制酸液和碱液的流量，维持pH值在2.5～3.5范围内平稳反应，滴加时间为2h。高岭石的掺量(m_高岭土/(m_高岭土+m_SnCl4))为50％。

(4)将反应后的产物恒温静置2.5h，然后进行洗涤，抽滤，80℃干燥，700℃焙烧2h，升温速度5℃/min。粉碎后，即得到以煅烧高岭土为基体的复合导电粉体。

实施例4：

以广西某地煅烧高岭土为基体制备复合导电粉体，包括以下步骤：

(1)将20g经1000℃煅烧2h的高岭土粉，研磨后与80g去离子水配成固含量为20％的溶液，加入六偏磷酸钠作为分散剂，置于55℃的电热恒温水浴锅中充分搅拌，使矿物颗粒分散均匀，制成悬浮液矿浆。

(2)用1.5mol/L的盐酸配制SnCl₄·5H₂O酸溶液，浓度为0.1mol/L，置于磁力搅拌器上完全溶解，按摩尔掺杂比例为92∶8称取相应的SbCl₃溶于上述酸溶液中继续搅拌，均匀混合。

(3)将酸性混合溶液与碱液沉淀剂浓度为20％的氨水，通过液体分布器以细小的液滴同时滴入盛有均匀分散的高岭土悬浮液并保持搅拌的反应器中，搅拌速度为500r/min，通过控制酸液和碱液的流量，维持pH值在3.0左右平稳反应，滴加时间为2h。高岭石的掺量(m_高岭土/(m_高岭土+m_SnCl4))为80％。

(4)将反应后的产物恒温静置3h，然后进行洗涤，抽滤，60℃干燥，700℃焙烧1.5h，升温速度10℃/min。粉碎后，即得到以煅烧高岭土为基体的复合导电粉体。

实施例5：

以广东某地煅烧高岭土为基体制备复合导电粉体，包括以下步骤：

(1)将5g经700℃煅烧2.5h的高岭土粉，研磨后与95g去离子水配成固含量为5％的溶液，加入聚乙二醇作为分散剂，置于60℃的电热恒温水浴锅中充分搅拌，使矿物颗粒分散均匀，制成悬浮液矿浆。

(2)用1.5mol/L的盐酸配制SnCl₄·5H₂O酸溶液，浓度为0.1mol/L，置于磁力搅拌器上完全溶解，按摩尔掺杂比例为86∶14称取相应的SbCl₃溶于上述酸溶液中继续搅拌，均匀混合。

(3)将酸性混合溶液与碱液沉淀剂质量分数为20％的氢氧化钾，通过液体分布器以细小的液滴同时滴入盛有均匀分散的高岭土悬浮液并保持搅拌的反应器中，搅拌速度为600r/min，通过控制酸液和碱液的流量，维持pH值在2.5～3.5范围内平稳反应，滴加时间为2h。高岭石的掺量(m_高岭土/(m_高岭土+m_SnCl4))为50％。

(4)将反应后的产物恒温静置2.5h，然后进行洗涤，抽滤，80℃干燥，700℃焙烧2h，升温速度5℃/min。粉碎后，即得到以煅烧高岭土为基体的复合导电粉体。

实施例6：

以广东某地天然高岭土矿物为基体制备复合导电粉体，包括以下步骤：

(1)将100g蒸馏水置于60℃的电热恒温水浴锅中搅拌。再将5g天然的高岭土粉与50mL浓度为20％的氨水溶液混合，置于磁力搅拌机上充分搅拌。

(2)用1.5mol/L的盐酸配制SnCl₄·5H₂O酸溶液，浓度为0.1mol/L，置于磁力搅拌器上完全溶解，按摩尔掺杂比例为86∶14称取相应的SbCl₃溶于上述酸溶液中继续搅拌，均匀混合。

(3)将酸性混合溶液与混合有天然高岭土矿物的氨水溶液，通过液体分布器以细小的液滴同时滴入蒸馏水中并保持搅拌的反应器中，搅拌速度为600r/min，通过控制酸液和碱液的流量，维持pH值在2.5～3.5范围内平稳反应，直至氨水溶液滴完为止。最后滴加了45mL的SnCl₄·5H₂O酸溶液。

(4)将反应后的产物恒温静置3h，然后进行洗涤，抽滤，60℃干燥，700℃焙烧2h，升温速度5℃/min。粉碎后，即得到以天然高岭土为基体的复合导电粉体。

Claims (1)

1.一种无机复合导电粉体的制备方法，其特征在于：主要包括以下步骤：

(1)将高岭土粉或煅烧高岭土粉与去离子水配成固含量为5％～20％的溶液，加入重量比为0.1％的六偏磷酸钠或聚乙二醇作为分散剂，在温度为45～75℃电热恒温水浴锅中充分搅拌，使矿物颗粒分散均匀，制成悬浮液矿浆；

(2)配制锡盐的盐酸溶液，浓度为0.1～0.5mol/L，配置时所用盐酸的浓度为1～2mol/L，置于磁力搅拌器上完全溶解，按摩尔比5～12∶1称取锑盐溶于上述酸溶液中继续搅拌，使之均匀混合得含锡、锑酸性混合溶液；

所述锡盐为SnCl₄，所述锑盐为SbCl₃；

(3)将酸性混合溶液与碱液沉淀剂，同时均匀加入盛有均匀分散的高岭土悬浮液并保持搅拌的反应器中，搅拌速度在300～700r/min，通过控制酸液和碱液的流量，控制体系温度在45～75℃，维持pH值1.0～4.5，使锡、锑水解并产生共沉淀，均匀地附载在高岭石基体的表面上，反应时间控制在0.5～4h，高岭石的重量掺量m_高岭土/(m_高岭土+m_锡盐)控制在30％～85％范围内；

碱液沉淀剂为氨水、碳酸氨、碳酸氢氨、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸铵或尿素中的一种或几种的混合液，其质量分数为10％～30％；

(4)将沉淀产物恒温静置0.5h以上，然后进行洗涤、抽滤、干燥、煅烧、粉碎，即可制到以天然高岭石矿物为基体的无机复合导电粉体；抽滤洗涤到滤液中无Cl^-为止，干燥在60～110℃下进行，煅烧温度为400～800℃，升温速度为5～20℃/min，煅烧时间为1～2.5h。