CN105084890A - 一种高固低粘陶瓷浆料的制备方法 - Google Patents

一种高固低粘陶瓷浆料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高固低粘陶瓷浆料及其制备方法，包括有以下步骤：(1)球磨：取四钛酸钾原晶须置于球磨罐中，于球磨机上球磨，取出备用；(2)水洗：将球磨后的四钛酸钾晶须分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌，真空抽滤，干燥；(3)硬脂酸一次改性；(4)硬脂酸二次改性；(5)调节pH：将步骤(4)所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH；(6)加入分散剂：将步骤(5)所得的浆料，加入分散剂，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。本发明的优点主要是：调节pH、加入分散剂操作简单，且能够在保证浆料流动性的前提下，获得更高固体含量的浆料，四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含可达75％。

Description

一种高固低粘陶瓷浆料的制备方法
技术领域
本发明属于粉末分散技术领域，涉及一种陶瓷浆料的制备方法，具体涉及一种高固低粘陶瓷浆料及其制备方法。
背景技术
新世纪人类面临新的挑战，能源危机和环境污染制约着人类可持续发展的步伐，半导体光催化技术有望成为解决此问题的理想模式。光催化反应发展初期主要采用粉末状投加方式，但该方法存在难以回收、后处理复杂、操作运行费用高等问题。针对这个问题，目前有研究将TiO2固定于载体上，以提高其光催化活性。
四钛酸钾晶须作为一种光催化材料，要实现其固载化，制备出高固低粘的陶瓷浆料是关键。
在公开号CN101941834A专利中，其制备高固低粘陶瓷浆料的方法是：“以氧化铝或者氧化锆或者氧化铝-氧化锆复合材料作为陶瓷粉料，以聚丙烯酸铵或者柠檬酸铵作为分散剂一，以PVA或PEG或PVP的水溶液作为分散剂二，以乳化的硬脂酸乳液或者乳化的油酸乳液或乳化的石蜡乳液作为分散剂三，以水作为分散介质，经混合搅拌制成的高固含量低粘度的陶瓷浆料”该发明是通过球磨，多次加入不同分散剂获得高固低粘的陶瓷浆料。
在公开号CN103992114A专利中，其制备陶瓷粉末分散体的方法是：“以碳化硼陶瓷粉末为原料，按质量百分比计，将0.01～10％聚乙烯亚胺和0.01～10％聚乙二醇加入水中，混合均匀，再加入10～50％碳化硼陶瓷粉末，混合均匀，与球磨罐中球磨3h以上，得到的悬浮液静置15～60min，得到碳化硼陶瓷粉末分散体。”该发明是通过加入高分子聚合物，在颗粒表面形成一个被包覆的粉末颗粒微团，利用高分子聚合物之间相互的空间位阻作用产生排斥力，从而达到分散的目的。
四钛酸钾是一种层状结构的钛酸盐晶体，其晶须结构使其在调浆时容易相互“塔桥”，包裹自由水，致使浆料固含低且粘度大。一般的粉料分散方法如：球磨、加入常规分散剂改性等，无法显著提高四钛酸钾浆料的固含。且球磨时间过长容易破坏晶须结构，进而影响其光催化活性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提出一种四钛酸钾晶须高固低粘陶瓷浆料的制备方法，所得陶瓷浆料达到一定的固含，同时具有良好的流动性与稳定性。
本发明解决上述技术问题采用以下的技术方案：一种高固低粘的陶瓷浆料的制备方法，包括有以下步骤：
(1)球磨：取100～150g四钛酸钾原晶须置于球磨罐中，按照球料质量比为2:1将磨球与四钛酸钾原晶须置于球磨罐中，于球磨机上球磨，取出备用；
(2)水洗：将球磨后的四钛酸钾晶须分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌1～5h，真空抽滤，干燥；
(3)硬脂酸一次改性：取水洗干燥后的四钛酸钾晶须100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中搅拌，抽滤，干燥；
(4)硬脂酸二次改性：取步骤(3)改性后的四钛酸钾晶须100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中搅拌，抽滤，干燥；
(5)调节pH：将步骤(4)所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为8～11；
(6)加入分散剂：将步骤(5)所得的浆料，加入质量百分比为0.2～0.8％的分散剂，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
按上述方案，所述分散剂为四甲基氢氧化铵、聚丙烯酸铵、聚乙二醇中的一种或者两者以上。
按上述方案，步骤(1)中四钛酸钾晶须的球磨时间为5～10h。
按上述方案，步骤(1)中球磨后四钛酸钾晶须的长径比为5～10。
按上述方案，步骤(3)中所述的硬脂酸的用量为四钛酸钾晶须质量的1～5％，改性温度为80～100℃，改性时间为5～20min。
按上述方案，步骤(4)中所述的硬脂酸的用量为步骤(3)改性后的四钛酸钾晶须质量的0.5～3％，改性温度为80～100℃，改性时间为5～20min。
按上述方案，步骤(3)和步骤(4)中干燥温度为80～120℃，干燥时间为1～5h。
按上述方案，步骤(6)中四钛酸钾陶瓷浆料的固含量为50～75％。
本发明的原理：在制备四钛酸钾陶瓷浆料的过程中，通过球磨获得一定长径比的晶须颗粒，降低颗粒之间的黏附性；通过水洗除去多余的离子，降低离子效应；硬脂酸改性是通过硬脂酸的-COOH与四钛酸钾水溶表面产生的-OH发生缩水酯化，从而达到四钛酸钾晶须表面修饰的效果；硬脂酸二次改性使硬脂酸非极性端的碳链与颗粒表面的碳链形成多层物理吸附，其极性端的羧基被排斥在外，在降低浆料粘度的同时提高四钛酸钾晶须的亲水性；再通过调节pH、进一步加入分散剂获得高固低粘的陶瓷浆料。
本发明与现有技术相比具有的优点主要是：通过控制球磨时间在不破坏四钛酸钾的晶须结构的前提下，达到物理分散的目的；硬脂酸一次改性是与晶须表面发生了化学反应，改性后的粉料表面性质稳定，更易调浆，分散效果更好，二次改性是为了提高粉料的亲水性；进一步调节pH、加入分散剂操作简单，且能够在保证浆料流动性的前提下，获得更高固体含量的浆料，四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含可达75％。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细的说明。
实施例1：
取150g四钛酸钾原晶须置于2L球磨罐中，按照球料质量比为2:1，将磨球与粉料置于球磨罐球磨10h，取出球磨后的四钛酸钾粉料分散在去离子水中，磁力搅拌器搅拌5h，真空抽滤，干燥，取水洗干燥后的四钛酸钾粉末100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入相对于四钛酸钾粉末质量0.5％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中80℃下搅拌20min，抽滤，80℃下干燥5h，烘干后加入相对于所得粉末质量3％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中85℃下搅拌18min，抽滤，90℃下干燥4h，所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为11，加入占所得浆料总质量0.5％的四甲基氢氧化铵，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
所制备的四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含为75％，采用涂4杯粘度计测得样品的表观粘度为57s。
实施例2：
取100g四钛酸钾原晶须置于2L球磨罐中，按照球料比约为2:1，将磨球与粉料置于球磨罐球磨5h，取出球磨后的四钛酸钾粉料分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌1h，真空抽滤，干燥，取水洗干燥后的四钛酸钾粉末100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入相对于四钛酸钾粉末质量5％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中100℃下搅拌5min，抽滤，120℃下干燥1h，烘干后加入相对于所得粉末质量1％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中80℃下搅拌20min，抽滤，80℃下干燥5h，所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为8，加入占所得浆料总质量0.8％的聚丙烯酸铵，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
所制备的四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含为50％，采用涂4杯粘度计测得样品的表观粘度为43s。
实施例3：
取120g四钛酸钾原晶须置于2L球磨罐中，按照球料比约为2:1，将磨球与粉料置于球磨罐球磨8h，取出球磨后的四钛酸钾粉料分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌3h，真空抽滤，干燥，取水洗干燥后的四钛酸钾粉末100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入相对于四钛酸钾粉末质量3％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中85℃下搅拌18min，抽滤，100℃下干燥3h，烘干后加入相对于所得粉末质量2％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中95℃下搅拌8min，抽滤，85℃下干燥4h，所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为10，加入占所得浆料总质量0.4％的四甲基氢氧化铵，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
所制备的四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含为70％，采用涂4杯粘度计测得样品的表观粘度为39s。
实施例4：
取130g四钛酸钾原晶须置于2L球磨罐中，按照球料比约为2:1，将磨球与粉料置于球磨罐球磨9h，取出球磨后的四钛酸钾粉料分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌3.5h，真空抽滤，干燥，取水洗干燥后的四钛酸钾粉末100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入相对于四钛酸钾粉末质量2％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中90℃下搅拌10min，抽滤，110℃下干燥2h，烘干后加入相对于所得粉末质量2.5％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中100℃下搅拌10min，抽滤，95℃下干燥2.5h，所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为9，加入占所得浆料总质量0.7％的四甲基氢氧化铵，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
所制备的四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含为72％，采用涂4杯粘度计测得样品的表观粘度为37s。
实施例5：
取140g四钛酸钾原晶须置于2L球磨罐中，按照球料比约为2:1，将磨球与粉料置于球磨罐球磨8.5h，取出球磨后的四钛酸钾粉料分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌4h，真空抽滤，干燥，取水洗干燥后的四钛酸钾粉末100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入相对于四钛酸钾粉末质量3.5％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中95℃下搅拌7min，抽滤，90℃下干燥4h，烘干后加入相对于所得粉末质量1.5％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中80℃下搅拌20min，抽滤，105℃下干燥2h，所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为11，加入占所得浆料总质量0.6％的聚乙二醇，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
所制备的四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含为73％，采用涂4杯粘度计测得样品的表观粘度为41s。
实施例6：
取125g四钛酸钾原晶须置于2L球磨罐中，按照球料比约为2:1，将磨球与粉料置于球磨罐球磨6h，取出球磨后的四钛酸钾粉料分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌4.5h，真空抽滤，干燥，取水洗干燥后的四钛酸钾粉末100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入相对于四钛酸钾粉末质量4％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中100℃下搅拌10min，抽滤，95℃下干燥3.5h，烘干后加入相对于所得粉末质量1.2％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中90℃下搅拌12min，抽滤，100℃下干燥2h，所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为10，加入占所得浆料总质量0.8％的四甲基氢氧化铵，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
所制备的四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含为65％，采用涂4杯粘度计测得样品的表观粘度为37s。
实施例7：
取110g四钛酸钾原晶须置于2L球磨罐中，按照球料比约为2:1，将磨球与粉料置于球磨罐球磨5.5h，取出球磨后的四钛酸钾粉料分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌2h，真空抽滤，干燥，取水洗干燥后的四钛酸钾粉末100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入相对于四钛酸钾粉末质量3％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中100℃下搅拌9min，抽滤，120℃下干燥1h，烘干后加入相对于所得粉末质量1％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中90℃下搅拌12min，抽滤，90℃下干燥3h，所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为11，加入占所得浆料总质量0.2％的聚丙烯酸铵，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
所制备的四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含为60％，采用涂4杯粘度计测得样品的表观粘度为45s。
实施例8：
取145g四钛酸钾原晶须置于2L球磨罐中，按照球料比约为2:1，将磨球与粉料置于球磨罐球磨9.5h，取出球磨后的四钛酸钾粉料分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌4.8h，真空抽滤，干燥，取水洗干燥后的四钛酸钾粉末100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入相对于四钛酸钾粉末质量4.5％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中92℃下搅拌7min，抽滤，90℃下干燥3h，烘干后加入相对于所得粉末质量1.2％的硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中87℃下搅拌17min，抽滤，110℃下干燥1.5h，所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为10，加入占所得浆料总质量0.4％的四甲基氢氧化铵，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
所制备的四钛酸钾陶瓷浆料的最高固含为74％，采用涂4杯粘度计测得样品的表观粘度为49s。
上述实施例制备的四钛酸钾晶须陶瓷浆料，经硬脂酸改性的四钛酸钾晶须其浆料固相含量显著提高，进一步加入分散剂能够降低浆料粘度，提高其固含量。

Claims (8)

1.一种高固低粘的陶瓷浆料的制备方法，包括有以下步骤：
（1）球磨：取100～150g四钛酸钾原晶须置于球磨罐中，按照球料质量比为2:1将磨球与四钛酸钾原晶须置于球磨罐中，于球磨机上球磨，取出备用；
（2）水洗：将球磨后的四钛酸钾晶须分散在去离子水中，置于磁力搅拌器上搅拌1～5h，真空抽滤，干燥；
（3）硬脂酸一次改性：取水洗干燥后的四钛酸钾晶须100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中搅拌，抽滤，干燥；
（4）硬脂酸二次改性：取步骤（3）改性后的四钛酸钾晶须100g，加去离子水分散开，往悬浮液中加入硬脂酸，置于集热式恒温加热搅拌器中搅拌，抽滤，干燥；
（5）调节pH：将步骤（4）所得的改性四钛酸钾晶须置于去离子水中，调节pH为8～11；
（6）加入分散剂：将步骤（5）所得的浆料，加入质量百分比为0.2～0.8%的分散剂，搅拌，得到高固低粘的四钛酸钾陶瓷浆料。
2.根据权利要求1所述的高固低粘陶瓷浆料的制备方法，其特征在于所述分散剂为四甲基氢氧化铵、聚丙烯酸铵、聚乙二醇中的一种或者两者以上。
3.根据权利要求1所述的高固低粘陶瓷浆料的制备方法，其特征在于步骤（1）中四钛酸钾晶须的球磨时间为5～10h。
4.根据权利要求1所述的高固低粘陶瓷浆料的制备方法，其特征在于步骤（1）中球磨后四钛酸钾晶须的长径比为5～10。
5.根据权利要求1所述的高固低粘陶瓷浆料的制备方法，其特征在于步骤（3）中所述的硬脂酸的用量为四钛酸钾晶须质量的1～5%，改性温度为80～100℃，改性时间为5～20min。
6.根据权利要求1所述的高固低粘陶瓷浆料的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的硬脂酸的用量为步骤（3）改性后的四钛酸钾晶须质量的0.5～3%，改性温度为80～100℃，改性时间为5～20min。
7.根据权利要求1所述的高固低粘陶瓷浆料的制备方法，其特征在于步骤（3）和步骤（4）中干燥温度为80～120℃，干燥时间为1～5h。
8.根据权利要求1所述的高固低粘陶瓷浆料的制备方法，其特征在于步骤（6）中四钛酸钾陶瓷浆料的固含量为50～75%。
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