CN109749483A - 一种超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末及氯氧化铋珠光浆的方法 - Google Patents

一种超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末及氯氧化铋珠光浆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末及氯氧化铋珠光浆的方法。该方法包括以下步骤：(1)取铋的无机盐水溶液，并加入稀盐酸和质量浓度为的氯化钠溶液，得溶液A；(2)在反应釜里加入去离子水，以稀盐酸调节pH，加热超声辐照；(3)向反应釜中加入纳米二氧化硅分散液；(4)再向反应釜中滴加步骤(1)所得溶液A，调节加料速率及反应时间；(5)加入硝酸铈溶液，增加超声辐照功率；(6)将步骤(5)所得反应液过滤，所得固体用去离子洗涤，烘干即得到易分散的氯氧化铋粉末。本发明所述方法具有原料廉价易得，工艺操作简单，所制得氯氧化铋具有粒径尺寸分布均匀、分散性好、耐候性好、耐紫外线等优点。

Description

一种超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末及氯氧化铋 珠光浆的方法
技术领域
本发明涉及一种合成氯氧化铋珠光颜料的方法，特别涉及一种超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末及氯氧化铋珠光浆的方法。
背景技术
氯氧化铋(BiOCl)是一种新型环保珠光材料，无毒性，具有独特的表面附着特性和光滑性。在珠光颜料中的地位仅次于云母钛珠光颜料，广泛地应用于化妆品生产、汽车涂料和制造珠光塑料薄膜。与云母钛珠光颜料相比，氯氧化铋除了具有珍珠光泽外，还具有云母钛珠光颜料所不具备的极为细腻的丝光效应。
对于珠光氯氧化铋的制备研究也只是近几十年的事情，我国起步更晚，上世纪90年代才开始研究。目前制备氯氧化铋最为常用的方法是利用可溶性的铋盐在常温下水解生成氯氧化铋。但这种方法生产出的产品存在尺寸分布不均匀，分散性不好，易于团聚，不耐紫外线等缺点，这些都会影响产品的使用性能。中国专利CN 101804965A以氯化铋为原料，通过向热水中滴加氯化铋溶液使之水解形成晶核，进而合成片状珠光氯氧化铋产品。在晶核形成阶段，氯化铋溶液滴加速度慢，随着片状珠光氯氧化铋数量越来越多，滴加速度随之调整，最终用氨水调整反应体系pH值。但是，该方法对原料要求高且工艺操作复杂、极易容易聚集，较难控制工艺条件。中国专利CN 101935022A公开了一种氯氧化铋晶体及其制备方法。该发明中的氯氧化铋晶体为规则形状的正方形和正八边形薄板氯氧化铋晶体；制备过程中，通过选择不同的表面活性剂，包覆在氯氧化铋晶种的表面，使氯氧化铋晶体能够在不同的酸性介质中定向的生长成而制得。制备出了形貌可控的板式氯氧化铋晶体。该方法操作要求高、较难控制，耐候性差，且废水处理困难。
现有的制备方法制得的氯氧化铋产品粒径尺寸分布不均匀，分散性差易于团聚，且工艺较为复杂。因此，开发一种尺寸可控性好，分散性好，工艺操作简单，同时易于工业化生产的制备方法是本技术领域的需求。
发明内容
本发明的目的在于，针对目前制备方法制得的氯氧化铋产品粒径尺寸分布不均匀，分散性差易于团聚，且工艺较为复杂的问题，提供一种采用超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末及氯氧化铋珠光浆的方法。本发明的制备方法原料廉价易得，工艺操作简单，所制得氯氧化铋具有粒径尺寸分布均匀、分散性好、耐候性好、耐紫外线等优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取质量浓度为13％-20％的铋的无机盐水溶液，并加入稀盐酸和质量浓度为10％-20％的氯化钠溶液，得溶液A；
(2)在反应釜里加入去离子水，以稀盐酸调节pH至3.0-5.0，加热升温至56-65℃，并使用25-35kHz超声辐照；
(3)向反应釜中加入10-30ml质量浓度为15％-20％的纳米二氧化硅分散液；
(4)再向反应釜中滴加步骤(1)所得溶液A，加料速率0.1-0.12L/h，反应10-12分钟；调节向反应釜中加入步骤(1)所得溶液A的加料速率为0.5-0.6L/h，反应20-25分钟；再调节加料速率为1-1.2L/h，反应30-40分钟；再调节加料速率为1.5-1.8L/h，反应55-65分钟；再调节加料速率为2.5-3.0L/h反应80-95分钟；再调节加料速率为3.5-4.0L/h反应110-130分钟；上述反应过程中保持反应温度为56-65℃，并使用25-35kHz超声辐照，并以氯化钠和氢氧化钠混合溶液控制反应体系的PH为3.5-4.5；
(5)以0.1-0.3L/h速率加入质量浓度为2％-5％硝酸铈溶液，超声辐照增至38-42kHz，反应进行25-35分钟；
(6)将步骤(5)所得反应液过滤，所得固体用去离子洗涤3-5次，烘干即得到易分散的氯氧化铋粉末。
优选的，所述铋的无机盐为硝酸铋或氯化铋。
优选的，所述稀盐酸的质量浓度为15％-20％。
优选的，所述纳米二氧化硅分散液中纳米二氧化硅的粒径为20-100nm。
将上述方法所得易分散的氯氧化铋粉末加入到水性体系中，即可得到水性氯氧化铋珠光浆。
本发明所得到的氯氧化铋粉末，粒径尺寸分布均匀，形状规则，分散性好，耐紫外线性能优异。
本发明在制备过程中，反应体系的pH值影响铋离子的水解速率，进而影响最终产品的形貌，因此，维持反应体系的pH值至关重要。此外，本发明以纳米二氧化硅作为晶种，利于氯氧化铋的成核、生长，反应过程中并辅以超声处理，更好实现对产品形貌及粒径的控制。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明以铋盐作为原料，反应过程中加入碱液中和反应生成的酸以维持反应体系pH值的稳定，实现铋离子水解速率和氯氧化铋生长速率的温度控制。
(2)本发明初始原料中加入一定的氯化钠，为初步反应是提供一定量的氯离子。
(3)本发明中以纳米二氧化硅作为晶种，利于氯氧化铋的成核、生长，反应过程中并辅以超声处理，更好实现对产品形貌及粒径的控制。
(4)使用超声波辐照使得氯氧化铋晶体不易聚集，容易分散于各种体系配方里，使珠光效果最大化。
(5)使用铈盐进行包覆，使晶体耐候性有巨大的提升。
(6)本发明方法的原料廉价易得，工艺简单可控性好，产品纯度高，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为所得氯氧化铋颗粒的电镜图；
图2为所得氯氧化铋颗粒的大倍率电镜图。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
取20L质量浓度为15％的硝酸铋水溶液，加入1L质量浓度为15％的稀盐酸和质量浓度为15％的氯化钠溶液，得溶液A；在50L反应釜里加入30L去离子水，以质量浓度为15％的稀盐酸调节pH至4.0，加热升温至60℃，并使用30kHz超声辐照；向反应釜中加入30ml质量浓度为20％的纳米二氧化硅分散液；再向反应釜中滴加步骤(1)所得溶液A，加料速率0.12L/h，反应10分钟；调节向反应釜中加入步骤(1)所得溶液A的加料速率为0.56L/h，反应20分钟；再调节加料速率为1.12L/h，反应40分钟；再调节加料速率为1.6L/h，反应60分钟；再调节加料速率为2.8L/h反应90分钟；再调节加料速率为4.0L/h反应120分钟；上述反应过程中保持反应温度为60℃，并使用30kHz超声辐照，并以氯化钠和氢氧化钠混合溶液控制反应体系的PH为4.0；以0.2L/h速率加入质量浓度为3％硝酸铈溶液，超声辐照增至40kHz，反应进行30分钟；将上述所得反应液过滤，所得固体用去离子洗涤4次，烘干即得到易分散的氯氧化铋粉末。
实施例2
取20L质量浓度为13％的硝酸铋水溶液，加入1L质量浓度为15％的稀盐酸和质量浓度为15％的氯化钠溶液，得溶液A；在50L反应釜里加入30L去离子水，以质量浓度为15％的稀盐酸调节pH至4.0，加热升温至60℃，并使用30kHz超声辐照；向反应釜中加入30ml质量浓度为20％的纳米二氧化硅分散液；再向反应釜中滴加步骤(1)所得溶液A，加料速率0.1L/h，反应15分钟；调节向反应釜中加入步骤(1)所得溶液A的加料速率为0.5L/h，反应30分钟；再调节加料速率为1L/h，反应40分钟；再调节加料速率为1.5L/h，反应65分钟；再调节加料速率为2.5L/h反应95分钟；再调节加料速率为3.8L/h反应130分钟；上述反应过程中保持反应温度为58℃，并使用35kHz超声辐照，并以氯化钠和氢氧化钠混合溶液控制反应体系的PH为4.0；以0.2L/h速率加入质量浓度为3％硝酸铈溶液，超声辐照增至40kHz，反应进行30分钟；将上述所得反应液过滤，所得固体用去离子洗涤5次，烘干即得到易分散的氯氧化铋粉末。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)取质量浓度为13％-20％的铋的无机盐水溶液，并加入稀盐酸和质量浓度为10％-20％的氯化钠溶液，得溶液A；
(2)在反应釜里加入去离子水，以稀盐酸调节pH至3.0-5.0，加热升温至56-65℃，并使用25-35kHz超声辐照；
(3)向反应釜中加入10-30ml质量浓度为15％-20％的纳米二氧化硅分散液；
(4)再向反应釜中滴加步骤(1)所得溶液A，加料速率0.1-0.12L/h，反应10-12分钟；调节向反应釜中加入步骤(1)所得溶液A的加料速率为0.5-0.6L/h，反应20-25分钟；再调节加料速率为1-1.2L/h，反应30-40分钟；再调节加料速率为1.5-1.8L/h，反应55-65分钟；再调节加料速率为2.5-3.0L/h反应80-95分钟；再调节加料速率为3.5-4.0L/h，反应110-130分钟；上述反应过程中保持反应温度为56-65℃，并使用25-35kHz超声辐照，并以氯化钠和氢氧化钠混合溶液控制反应体系的PH为3.5-4.5；
(5)以0.1-0.3L/h速率加入质量浓度为2％-5％硝酸铈溶液，超声辐照增至38-42kHz，反应进行25-35分钟；
(6)将步骤(5)所得反应液过滤，所得固体用去离子洗涤3-5次，烘干即得到易分散的氯氧化铋粉末。
2.如权利要求1所述的超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末的方法，其特征在于：所述铋的无机盐为硝酸铋或氯化铋。
3.如权利要求1所述的超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末的方法，其特征在于：所述稀盐酸的质量浓度为15％-20％。
4.如权利要求1所述的超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末的方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅分散液中纳米二氧化硅的粒径为20-100nm。
5.一种制备氯氧化铋珠光浆的方法，其特征在于：将权利要求1-4任一项所述超声波反应制备易分散的水性氯氧化铋粉末的方法制得的易分散的氯氧化铋粉末加入到水性体系中，即可得到水性氯氧化铋珠光浆。
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