CN106543795B - 一种悬浮分散稳定的纳米氧化锌浆料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种悬浮分散稳定的纳米氧化锌浆料的制备方法，本发明涉及半导体材料生产技术领域，本发明首先采用气固反应制备碳酸钙的过程中加入纳米氧化锌，完全生成碳酸钙后便获得负载于亚微米结构碳酸钙表面的单分散纳米氧化锌，再以凹凸棒粘土为防沉、触变以及增粘剂，经过砂磨后得到目标产品。本发明成功形成了纳米氧化锌分散改性技术，并进一步制备出纳米氧化锌悬浮分散稳定的浆料，彻底解决了纳米氧化锌使用时的团聚难题。

Description

一种悬浮分散稳定的纳米氧化锌浆料的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体材料生产技术领域，特别是纳米金属氧化物的制备方法。
背景技术
纳米氧化锌是一种新型的宽禁带化合物半导体材料，是Ⅱ一Ⅵ族直接宽带隙氧化物，具有独特的光学及电学性能，在抗菌材料、发光材料、压电材料、紫外线屏蔽材料、自清洁材料、细胞标定材料及纳米催化剂等领域有着十分广泛的应用前景。可广泛用于防晒化妆品、建筑涂料和抗菌纤维等领域。然而，纳米氧化锌是一种无机氧化物，具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特殊性质使其表面能极大，表面活性极高，极性极强，添加到有机材料中易发生团聚，难以分散均匀，因此有必要对纳米氧化锌进行改性。
专利文献CN101444717A公开了一种制备凹凸棒土/氧化锌纳米复合材料的方法，专利中提出对凹凸棒土进行提纯与分散处理，然后在凹凸棒土分散液中进行纳米氧化锌的合成反应，再通过抽滤、洗涤、干燥、焙烧、粉碎最终得到凹凸棒土/氧化锌纳米复合材料。
专利文献CN02159055中通过水合SiO2、水合Al2O3或水合Fe3O4沉积到纳米氧化锌表面，然后与硅烷偶联剂、水溶性聚合物和水均匀混合得到水性分散体，固含量在1%~10%，可用于制备抗紫外的纺织品。
但专利文献CN101444717A所得到的凹凸棒土/氧化锌纳米复合材料在干燥的过程中会再次团聚，而专利文献CN02159055.9得到的纳米氧化锌分散体固含量较低，应用范围较窄。
发明内容
针对纳米氧化锌易团聚的问题，本发明提供一种制备悬浮分散稳定的纳米氧化锌浆料的方法。
本发明技术方案包括以下步骤：
1）将氢氧化钙与水混合并升温至20～80℃，搅拌状态下通入二氧化碳和纳米氧化锌，反应至反应体系的pH为6～8时停止，然后过滤，取固相干燥，取得碳酸钙负载纳米氧化锌；
2）将凹凸棒粘土、碳酸钙负载纳米氧化锌、分散剂和消泡剂加入水中，经分散均匀后，再砂磨，取得纳米氧化锌浆料。
本发明首先采用气固反应制备碳酸钙的过程中加入纳米氧化锌，完全生成碳酸钙后便获得负载于亚微米结构碳酸钙表面的单分散纳米氧化锌，再以凹凸棒粘土为防沉、触变以及增粘剂，经过砂磨后得到目标产品。
亚微米碳酸钙应用广泛，如塑料，涂料，化妆品以及粘合剂中。 本发明利用构建“麻圆结构形貌”制备亚微米碳酸钙负载纳米氧化锌，以解决纳米氧化锌聚集问题。再利用凹凸棒粘土的纳米线状结构以及胶体性质，在纳米氧化锌浆料体系中形成网络结构，起到防止纳米氧化锌沉降。得到的单分散纳米氧化锌浆料可以充分发挥其抗紫外、抗菌等效果。
本发明成功形成了纳米氧化锌分散改性技术，并进一步制备出纳米氧化锌悬浮分散稳定的浆料，彻底解决了纳米氧化锌使用时的团聚难题。该方法制得的纳米氧化锌浆料可以用于化妆品、建筑涂料、水性胶粘剂以及纺织等领域。
本发明将纳米氧化锌负载在亚微米碳酸钙表面形成“麻圆结构形貌”，得到单分散状态的纳米氧化锌，然后在制备分散液时利用凹凸棒黏土的增稠、防沉、触变作用，既减少有机分散剂的使用，又能保持产品的稳定性。
本发明的有益效果是：
1、本发明方法采用气固反应制备碳酸钙的过程中加入纳米氧化锌，设计“麻圆结构形貌”亚微米碳酸钙负载纳米氧化锌，解决了纳米氧化锌聚集难题。
2、采用纳米凹凸棒粘土作为增稠、防沉，触变剂制备出悬浮分散稳定的纳米氧化锌浆料。
进一步地，本发明所述步骤1）中，氢氧化钙和纳米氧化锌的投料重量比为1∶1.35～13.55。此配比得到的碳酸钙负载纳米氧化锌，解决了纳米氧化锌的团聚问题，得到单分散纳米氧化锌。
所述步骤1）中，通入二氧化碳的流量为0.2～0.5 L/min。从工艺设计方面分析，二氧化碳流量太小会延长反应时间，增加能耗，流量太大导致二氧化碳的溢出，浪费气体原料。
所述步骤2）中，凹凸棒粘土和碳酸钙负载纳米氧化锌的投料重量比为1∶10～30。此用量下凹凸棒土可以发挥出其增稠、防沉等作用，得到稳定的纳米氧化锌浆料。
所述步骤2）中，分散剂和碳酸钙负载纳米氧化锌的投料重量比为1∶50～200，此配比下可以起到润湿分散的作用，分散剂过多会带来成本增大，用量过少则达不到预期效果。
所述步骤2）中，消泡剂和碳酸钙负载纳米氧化锌的投料重量比为1∶48～76，此配比下可以起到消泡的作用，消泡剂过多会在下游应用中产生缩孔，用量过少则达不到预期效果。
所述步骤2）中，所述凹凸棒土为酸化凹凸棒土、未酸化凹凸棒土、改性凹凸棒土或高粘度凹凸棒土中的至少任意一种。凹凸棒土的纳米晶体棒结构以及胶体性质，在纳米氧化锌浆料体系中形成网络结构，起到较好的分散、粘结、防沉、增稠等作用，使得纳米氧化锌浆料分散均匀、体系稳定。
所述步骤2）中，所述分散剂为水性分散剂SN5040、SN5060或BYK161中的至少任意一种。分散剂的使用能够将更好地分散润湿纳米氧化锌，使其均匀分布于分散液中，并且能够改善涂料的流动性，使体系均匀，悬浮性能增加，使整个体系物化性质均匀。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的纳米氧化锌浆料微观形貌特征图。
图2为比较例1制得的纳米氧化锌浆料微观形貌特征图。
具体实施方式
在这些实施例中，除另有说明外，所有百分含量均以重量计。
实施例1：
（1）称取4.144g氢氧化钙、125mL水放入反应器中搅拌，加热至60℃开始通入流量为0.3 L/min 的CO2气体，反应10分钟后加入22.4g纳米氧化锌，当pH为7时停止反应，然后过滤，取固相干燥，得到碳酸钙负载纳米氧化锌。
（2）称取28g碳酸钙负载纳米氧化锌，2.8g凹凸棒土、68.66g水、0.14g分散剂SN-5040和0.4g消泡剂，在高速分散机上分散均匀，再砂磨3h得纳米氧化锌浆料。
本实施例制得的纳米氧化锌分散均匀，不团聚，其微观形貌见附图1。
实施例2：
（1）称取17.76g氢氧化钙粉末，125mL水放入反应器中搅拌，加热至20℃开始通入流量为0.5 L/min 的CO2气体，反应10分钟后加入24g纳米氧化锌，当pH为6时停止反应，然后过滤，取固相干燥，得到碳酸钙负载纳米氧化锌。
（2）称取48g碳酸钙负载纳米氧化锌，1.6g凹凸棒土、48.44g水、0.96g分散剂SN-5040和1g消泡剂，在高速分散机上分散均匀，再砂磨3h得纳米氧化锌浆料。所得到的纳米氧化锌浆料与实施例1效果相当。
实施例3：
（1）称取2.55g氢氧化钙粉末，125mL水放入反应器中搅拌，加热至80℃开始通入流量为0.2L/min 的CO2气体，反应10分钟后加入34.55g纳米氧化锌，当pH为8时停止反应，然后过滤，取固相干燥，得到碳酸钙负载纳米氧化锌。
（2）称取38g碳酸钙负载纳米氧化锌，2g凹凸棒土、59.12g水、0.38g分散剂SN-5040和0.5g消泡剂，在高速分散机上分散均匀，再砂磨3h得纳米氧化锌浆料。所得到的纳米氧化锌浆料与实施例1效果相当。
比较例1：
称取28g纳米氧化锌、2.8g凹凸棒土、68.66g水、0.14g分散剂SN-5040和0.4g消泡剂，在高速分散机上分散均匀，再砂磨3h得纳米氧化锌浆料。
本比较例制得的纳米氧化锌出现明显的团聚现象，其微观形貌见附图2。
比较例2：
称取38g碳酸钙负载纳米氧化锌、61.12g水、0.38g分散剂SN-5040和0.5g消泡剂，在高速分散机上分散均匀，再砂磨3h得纳米氧化锌浆料。
本比较例得到的纳米氧化锌浆料体系不稳定，易沉淀。
以上各例中，可以采用分散剂SN5060或BYK161替代分散剂SN5040，或任意两种的结合使用，或三种同时使用，效果都与相应的以上示例结果相当。
以上各例中，凹凸棒土可以采用酸化凹凸棒土、未酸化凹凸棒土、改性凹凸棒土或高粘度凹凸棒土中的至少任意一种。

Claims (5)

1.一种悬浮分散稳定的纳米氧化锌浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将氢氧化钙与水混合并升温至20～80℃，搅拌状态下通入二氧化碳和加入纳米氧化锌，氢氧化钙和纳米氧化锌的投料重量比为1∶1.35～13.55，通入二氧化碳的流量为0.2～0.5 L/min，反应至反应体系的pH为6～8时停止，然后过滤，取固相干燥，取得碳酸钙负载纳米氧化锌；
2）将凹凸棒粘土、碳酸钙负载纳米氧化锌、分散剂和消泡剂均匀分散于水中，再砂磨，取得纳米氧化锌浆料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤2）中，凹凸棒粘土和碳酸钙负载纳米氧化锌的投料重量比为1∶10～30。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述步骤2）中，分散剂和碳酸钙负载纳米氧化锌的投料重量比为1∶50～200。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤2）中，消泡剂和碳酸钙负载纳米氧化锌的投料重量比为1∶48～76。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤2）中，所述分散剂为水性分散剂SN5040、SN5060或BYK161中的至少任意一种。
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