CN111303666B - 超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法，该方法将分散偶联剂溶解液、初级氧化锌粉体和去离子水用乳化机乳化分散后，再采用超声波砂磨机进行超声波湿法研磨，使初级氧化锌粉体减小粒径的同时球形化，最后采用离心干燥机或喷雾干燥机将稀释后的研磨液干燥成氧化锌干粉，该方法能够在低温条件下使初级氧化锌粉体球形化，同时由于采用分散偶联剂对其表面进行填充和包覆，干燥后形成的球形粉体疏水亲油性非常好，能够浮于水面，可广泛应用于各种亲油的聚合物基体材料中。

Description

超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法

技术领域

本发明涉及一种氧化锌干粉的制备方法，尤其涉及一种超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法，属于氧化锌粉体制备技术领域。

背景技术

氧化锌是锌的一种氧化物，其难溶于水但可溶于酸和强碱，可广泛应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂等产品制作中。其中氧化锌微粉(粒径0.1-10μm)是近年来开发的一种新型无机功能材料，与普通氧化锌相比，具有许多特殊性能，如杀菌性、荧光性、压电性、吸收和散射紫外线能力等，使其在精细陶瓷、涂料、化妆品、橡胶工业、纺织工业、光催化剂等方面有着重要的应用价值，应用前景非常广阔。工业上氧化锌微粉多采用液相化学沉淀法制备，但是此种方法在结晶成核阶段工艺控制要求较高，颗粒非常容易团聚。因此，出现了采用砂磨机通过湿法研磨方式制备氧化锌的工艺，该工艺相对化学法简单、易于实现且成本低，得到大力推广。

目前通过液相化学沉淀法和现有的砂磨机研磨法等湿法制备得到的氧化锌粉体多为针状、棒状、花状，鲜见有完美的球形结构的氧化锌粉体；虽然现有技术可以通过在高温下烧结制备得到球形氧化锌粉体，但所得粉体仍会黏连在一起，或团聚成更大的球形，使其后期很难分散，同时也不具备亲油效果，难以应用于各种亲油的聚合物基体材料中。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法，由该方法制备得到的氧化锌干粉均为球形、具有亲油性且不易团聚。

本发明的技术方案是：

一种超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法，该方法包括下述步骤：

1)将分散偶联剂溶解于能够与水互溶的溶剂中形成分散偶联剂溶解液；

所述分散偶联剂为C₂-C₅₀烷基一元羧酸、C₂-C₅₀烷基多元羧酸、C₂-C₅₀烷基一元酰胺、C₂-C₅₀烷基多元酰胺、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂中的至少一种，其中C₂-C₅₀烷基一元羧酸为硬脂酸和褐煤酸中的至少一种，C₂-C₅₀烷基多元羧酸为十八烷二酸，C₂-C₅₀烷基一元酰胺为硬脂酸酰胺，C₂-C₅₀烷基多元酰胺为N’N-乙撑双硬脂酸酰胺；

所述能够与水互溶的溶剂为乙醇或丙酮，该乙醇和丙酮为100wt.％的乙醇和丙酮；

所述分散偶联剂用量为初级氧化锌粉体总质量的1wt.％-20wt.％，且所述溶剂的用量为能充分溶解所述分散偶联剂。

2)将1)中所得分散偶联剂溶解液、初级氧化锌粉体和去离子水形成混合液后置于乳化机中进行乳化分散得到预分散液；

所述初级氧化锌粉体为比表面积大于40m²/g的活性氧化锌和含有纳米结构的团聚状氧化锌中的一种，其中团聚状氧化锌中的纳米结构粒径为5-100nm。

混合液的固液质量比为(10-50):100，且乳化分散时间为10min-30min。

3)将2)中所得预分散液置于超声波砂磨机中进行研磨得到研磨液；

砂磨机中锆珠填充率为20％-80％，研磨时间4h-8h，研磨温度不高于50℃，研磨转速100rpm-1500rpm，且超声波频率为25KHZ-130KHZ；

其中所述超声波砂磨机为使用了超声波振动棒的砂磨机。

4)将3)中所得研磨液稀释至固含量为5wt.％-30wt.％后采用离心干燥机或喷雾干燥机进行干燥形成氧化锌干粉；

离心干燥机或喷雾干燥机的干燥出口温度为120℃-300℃。

本发明的有益技术效果是：本发明所述方法将分散偶联剂溶解液、初级氧化锌粉体和去离子水用乳化机乳化分散后，再采用超声波砂磨机进行超声波湿法研磨，使初级氧化锌粉体减小粒径的同时球形化，最后采用离心干燥机或喷雾干燥机将稀释后的研磨液干燥成氧化锌干粉，该方法能够在低温条件下使初级氧化锌粉体球形化，同时由于采用分散偶联剂对其表面进行填充和包覆，干燥后形成的球形粉体疏水亲油性非常好，能够浮于水面，可广泛应用于各种亲油的聚合物基体材料中。

附图说明

图1是具体实施例1制备所得亲油性球形氧化锌干粉SEM电镜图；

图2是对比例1制备所得氧化锌干粉SEM电镜图；

图3是对比例2制备所得氧化锌干粉SEM电镜图。

具体实施方式

为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

下述具体实施例和对比例所采用的初级氧化锌粉体为初级氧化锌粉体A和初级氧化锌粉体B，其中初级氧化锌粉体A为比表面积大于40m²/g的活性氧化锌，初级氧化锌粉体B为含有纳米结构的团聚状氧化锌，该团聚状氧化锌中的纳米结构粒径为5-100nm。上述两种初级氧化锌粉体均为本领域常见的粗氧化锌粉体，采用市面上在售的常规产品即可，下述具体实施例和对比例中不再对初级氧化锌粉体进行细述。

下述具体实施例和对比例中所采用的溶剂为质量含量为100wt.％的乙醇和丙酮，且该溶剂的用量根据分散偶联剂的溶解度进行确定，最少用量为能充分溶解所采用的分散偶联剂，至多不超过溶解度用量的1.5-2.0倍，且在溶解过程中可以根据需要决定是否在溶解过程中进行适当加热，本领域技术人员可以根据分散偶联剂的溶解度进行自行调整，这是本领域常规技术方案，本申请具体实施例和对比例中不再赘述。

下述具体实施例和对比例中所采用的分散偶联剂用量为初级氧化锌粉体总质量的1-20wt.％，溶剂用量如上所述，去离子水的用量为满足步骤(2)中混合液的固液质量比为(10-50):100即可。

本申请中各组分用量计算如下所述：

设初级氧化锌粉体的质量为X，则分散偶联剂的用量为(1-20wt.％)X；溶剂的用量根据分散偶联剂的溶解度进行计算，本处用Y表示；去离子水的用量满足固液质量比为(10-50):100，其中固体质量为X+(1-20wt.％)X，液体质量包括溶剂质量Y和去离子水质量。按照上述原则可以计算得到各组分实际用量。

具体实施例1-6

按照表1中所述配方以下述步骤进行亲油性球形氧化锌干粉的制备：

1)将表1中分散偶联剂溶解于溶剂中形成分散偶联剂溶解液；

2)将1)中所得分散偶联剂溶解液、初级氧化锌粉体和去离子水形成混合液后置于乳化机中进行乳化分散一定时间后得到预分散液；

3)将2)中所得预分散液置于超声波砂磨机中进行研磨得到研磨液，砂磨机中锆珠填充率为20％-80％，研磨时间4h-8h，研磨温度不高于50℃，研磨转速100rpm-1500rpm，且超声波频率为25KHZ-130KHZ，其中所述超声波砂磨机为使用了超声波振动棒的砂磨机。

4)将3)中所得研磨液稀释至固含量为5wt.％-30wt.％后采用离心干燥机或喷雾干燥机进行干燥形成氧化锌干粉，其中离心干燥机或喷雾干燥机的干燥出口温度为120℃-300℃。

表1具体实施例配方组分

对比例1

对比例1的制备方法采用本申请所述制备方法进行氧化锌干粉的制备，其具体组分和用量参见表1所述。

对比例2

对比例2的具体组分和用量参照表1中所述具体实施例1的组分和用量，采用下述制备方法进行氧化锌干粉的制备：

1)将分散偶联剂溶解于溶剂中形成分散偶联剂溶解液；

2)将1)中所得分散偶联剂溶解液、初级氧化锌粉体和去离子水形成混合液后置于乳化机中进行乳化分散10min-30min得到预分散液；

3)将2)中所得预分散液置于普通砂磨机中进行研磨得到研磨液，砂磨机中锆珠填充率为60％、研磨时间4h、研磨温度30℃、研磨转速1200rpm。

4)将3)中所得研磨液稀释至固含量为15wt.％后采用离心干燥机或喷雾干燥机进行干燥形成氧化锌干粉，其中离心干燥机或喷雾干燥机的干燥出口温度为200℃。

即对比例2所采用的制备方法选用常规砂磨机进行砂磨。

对上述具体实施例和对比例制备所得的氧化锌干粉进行亲水角测量，并对部分具体实施例和所有对比例进行SEM电镜图形态观测，亲水角测量结果和SEM电镜图形态观测参见表2，部分SEM电镜图参见附图1、2和3。

表2具体实施例和对比例测试结果

从上述具体实施例和对比例可以看出，采用本申请所述制备方法制备得到的氧化锌干粉均呈分散度优异的球形结构，且球形度非常好；此外该氧化锌干粉的亲油性能优良，其亲水角至少在125°以上，且不团聚，这从表2和附图1中可以明显看出。当采用本申请所述配方，但制备方法采用普通研磨的制备方法时(对比例1)，虽然能够达到良好的亲油性也不团聚，但最终所得颗粒的球形度较差，这可以从附图2与附图1的对比中得到。当采用本申请所述制备方法，但使用常规的PEG20000作为分散剂时，其亲油性改善不是非常明显，且团聚严重，看不到研磨后颗粒的具体形态。

本发明所述方法将分散偶联剂溶解液、初级氧化锌粉体和去离子水用乳化机乳化分散后，再采用超声波砂磨机进行超声波湿法研磨，使初级氧化锌粉体减小粒径的同时球形化，最后采用离心干燥机或喷雾干燥机将稀释后的研磨液干燥成氧化锌干粉，该方法能够在低温条件下使初级氧化锌粉体球形化，同时由于采用分散偶联剂对其表面进行填充和包覆，干燥后形成的球形粉体疏水亲油性非常好，能够浮于水面，可广泛应用于各种亲油的聚合物基体材料中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种超声湿法研磨制备亲油性球形氧化锌干粉的方法，其特征在于：包括下述步骤：

1)将分散偶联剂溶解于能够与水互溶的溶剂中形成分散偶联剂溶解液；其中所述分散偶联剂用量为初级氧化锌粉体总质量的1wt.％-20wt.％，且所述溶剂的用量为能充分溶解所述分散偶联剂；

2)将1)中所得分散偶联剂溶解液、初级氧化锌粉体和去离子水形成混合液后置于乳化机中进行乳化分散得到预分散液；其中混合液的固液质量比为(10-50):100，且乳化分散时间为10min-30min；

3)将2)中所得预分散液置于超声波砂磨机中进行研磨得到研磨液；其中砂磨机中锆珠填充率为20％-80％，研磨时间4h-8h，研磨温度不高于50℃，研磨转速600rpm-1500rpm，且超声波频率为25KHZ-130KHZ；

4)将3)中所得研磨液稀释至固含量为5wt.％-30wt.％后采用离心干燥机或喷雾干燥机进行干燥形成氧化锌干粉；其中离心干燥机或喷雾干燥机的干燥出口温度为120℃-300℃；

其中，所述分散偶联剂为硬脂酸、十八烷二酸、硬脂酸酰胺或N’N-乙撑双硬脂酸酰胺；

其中，步骤2)中所述初级氧化锌粉体为比表面积大于40m²/g的活性氧化锌和含有纳米结构的团聚状氧化锌中的一种，其中团聚状氧化锌中的纳米结构粒径为5-100nm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中所述能够与水互溶的溶剂为乙醇或丙酮。

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