CN115043427B - 一种高浓度胶态五氧化二锑及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高浓度胶态五氧化二锑及其制备方法。该方法是将三氧化锑粉末加入至含六偏磷酸钠的溶液中进行调浆，所得浆料加热至回流温度时，缓慢加入双氧水进行氧化反应，待双氧水加完后，搅拌反应完全，再分批次补充加入三氧化二锑粉末和双氧水，进行氧化反应，待氧化反应全部完成后，加入三乙醇胺，搅拌，即得高浓度胶态五氧化二锑。该方法能够获得浓度高、分散度高和稳定性好的胶态五氧化二锑，且将胶态五氧化二锑的pH提升至中性。该方法具有工艺简单，对环境友好和可操作强等优点，便于大规模工业化应用，对拓展胶态五氧化二锑的应用场景具有重要意义。

Description

一种高浓度胶态五氧化二锑及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种五氧化二锑的制备方法，具体涉及一种高浓度胶态五氧化二锑及其制备方法，属于化工原料制备领域。
技术背景
胶态五氧化二锑的分子式一般写为Sb2O5·nH2O，是一种水溶胶，作为胶体具有高度分散的特点，属于纳米产品，颗粒粒径极小。由于纳米材料随粒度减小，晶型结构发生一定变化，其光学、力学、热学等物化性质发生改变，因此五氧化二锑胶体具有透明性、着色强度低、热稳定性能高、发烟量低、易添加、易分散等特点。
胶态五氧化二锑可以作为阻燃添加剂，应用于橡胶、塑料、纤维、织物、涂料、纸张等，是锑元素应用最多的领域，占锑总消耗量的80％以上。另外胶态五氧化二锑也可以用作催化剂组分、颜料组分，以及塑料和金属的表面处理剂，可以提高材料的耐磨性和表面硬度，增强防蚀能力。
目前市场上的胶态五氧化二锑一般浓度均比较低，Sb2O5的含量在30％以内，且胶体的pH值为酸性或弱酸性，当胶体中Sb2O5含量增高后会导致胶体不稳定而发生沉降现象，无法满足下游工业需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的是在于提供一种高浓度胶态五氧化二锑的制备方法，该方法通过采用分散技术手段以及采用分批进料方式，能够获得浓度高、粒径小和稳定性好的胶态五氧化二锑。
本发明的第二个目的在于提供一种高浓度胶态五氧化二锑，该胶态五氧化二锑含量高，稳定性高，且pH可以处于弱酸性或中性，经测试，该胶态五氧化二锑的含量在35％以上，粒径为2～10nm，pH为6.5～8，粘度为5～7.5。
为实现上述目的，本发明提供了一种高浓度胶态五氧化二锑的制备方法，包括以下步骤：
1)将三氧化锑粉末加入至含六偏磷酸钠的溶液中进行调浆，所得浆料加热至回流温度时，缓慢加入双氧水进行氧化反应，待双氧水加完后，搅拌反应形成低浓度胶态五氧化二锑；
2)在低浓度胶态五氧化二锑中分批次补充加入三氧化二锑粉末和双氧水，按照步骤1)进行氧化反应，待氧化反应全部完成后，加入三乙醇胺，搅拌，即得高浓度胶态五氧化二锑。
本发明中采用含六偏磷酸钠溶液来分散三氧化锑粉末，不仅可以使得三氧化锑粉末充分分散，促进反应进行，还可以对所五氧化二锑胶体起到良好的分散性，避免产物团聚为大颗粒。进一步的，本发明中三氧化锑粉末和双氧水采用分批式加料，有效避免了因一次加料过多，三氧化锑分散不均匀，无法形成稳定的浆料，且一次加料会导致三氧化锑整体氧化速率不均一，进而降低溶胶中五氧化二锑的含量。
作为一项优选的方案，所述浆料中三氧化锑的浓度为0.5g～0.8g/mL，六偏磷酸钠的浓度为0.03～0.09g/mL。添加适量的六偏磷酸钠起到稳定分散胶体的作用，得到的胶态五氧化二锑的粒度小，稳定性好。
作为一项优选的方案，所述含六偏磷酸钠的溶液中还包含磷酸，磷酸与六偏磷酸钠的质量比为1～2：3～4。本发明通过添加磷酸来部分替换六偏磷酸钠，一方面能够显著降低胶体的粘度和稳定胶体的作用；另一方面可以降低胶体中的钠离子残留量，避免因钠离子残留导致产品的阻燃性降低。
作为一项优选的方案，所述回流温度为90～100℃。
作为一项优选的方案，步骤1)中，双氧水通过滴加方式缓慢加入，双氧水的质量百分比浓度为25％～35％，双氧水相对三氧化锑的加入量为0.7～1mL/g，双氧水加完后，搅拌反应5～10min。
作为一项优选的方案，步骤2)中，分1～5批次补充加入三氧化二锑粉末和双氧水，每批次补充加入的三氧化二锑粉末与双氧水的用量比例与步骤1)中三氧化二锑粉末与双氧水加入量比例相同。三氧化二锑和双氧水加入量的比例要严格按照上述要求进行，其目的在于保证每批次加入的三氧化二锑均能完全氧化。一般来说，分批次补充加入三氧化二锑粉末和双氧水的批次越多，反应效果会更好，但是同时操作会变得繁琐，本发明通过分1～2批次补加三氧化二锑粉末和双氧水就能获得浓度高，分散性好的高浓度胶态五氧化二锑。
本发明采用分步添加三氧化二锑的方式，步骤1)中加入的三氧化二锑与双氧水反应生成可溶性的五氧化二锑胶体和水，可以有效控制浆料中的固含量，提高浆料中三氧化二锑的分散度。若采用一次性加入三氧化二锑的方式，会导致浆料中的固含量过高，影响反应进行，且导致浆料的分散性差，难以得到稳定性好、高浓度的胶体五氧化二锑产品。
作为一项优选的方案，步骤1)中，三氧化锑粉末加入量占三氧化锑粉末总质量的40～60％。
作为一项优选的方案，所述三乙醇胺与含六偏磷酸钠的溶液体积比为0.05～0.2：1。三乙醇胺的主要作用在于降低胶态五氧化二锑产品粘度，其必须在三氧化锑完全氧化后才能添加，若在反应前把三乙醇胺加入，会导致产品的pH显酸性或弱酸性，无法达到中性pH值。
本发明还提供了一种高浓度胶态五氧化二锑，由上述任一项制备方法所得。
作为一项优选的方案，所述五氧化二锑的含量为30～45％。
作为一项优选的方案，所述胶态五氧化二锑的pH为6.5～8，粘度为5～7.5。
本发明还提供了一种高浓度胶态五氧化二锑的详细制备过程：按胶体的浓度计算出各原料的用量，将六偏磷酸钠和磷酸溶于水中，在搅拌的情况下加入一半三氧化二锑到水溶液中调浆，升温至回流温度，缓慢滴加总量一半的双氧水，双氧水滴加完后，再加入另一半的三氧化二锑，搅拌调浆均匀后再缓慢滴加剩余的一半双氧水，待反应完全后，加入三乙醇胺，继续反应约半小时，得到稳定的胶态五氧化二锑。进一步优选，对所得胶态五氧化二锑产品进行蒸发浓缩，可得到含Sb2O5含量为50％的溶胶产品。
相对于现有技术，本发明的有益技术效果如下：
1)本发明所提供的技术方案中，采用分批进料方式，在保证三氧化锑充分氧化的前提下，大幅提高溶胶中五氧化二锑的含量；进一步的，利用原料各组分间的协同作用，制备出浓度高、粒径小和稳定性好的胶态五氧化二锑。
2)本发明所提供的技术方案中，采用三乙醇胺调节产品酸碱度，其必须在在三氧化锑完全氧化后才能添加，若在反应前把三乙醇胺加入，会导致产品的pH显酸性或弱酸性，无法达到中性pH值。
3)本发明所提供的胶态五氧化二锑具有含量高、稳定性高和粒径小等有点，且所得胶体的pH处于中性，经测试，该胶态五氧化二锑的含量在35％以上，粒径为2～10nm，pH为6.5～8，粘度为5～7.5。
附图说明
图1为胶态五氧化二锑制备工艺流程图；
图2为实施例3得到的胶态五氧化二锑产品的粒度测试结果。
具体实施方式：
下面对本发明实施例作具体详细的说明，本实施例在本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
实施例1
将50mL去离子水加入500mL带有机械搅拌和回流冷凝器的三口烧瓶中，将25gSb2O3、1mL磷酸和3.5g六偏磷酸钠加入三口烧瓶中搅拌制浆，放入水浴锅中加热到90℃恒温，缓慢滴加30％双氧水18mL,滴加完后反应5～10分钟，再向三口烧瓶中加入25g Sb2O3，以相同速度继续滴加17mL双氧水，滴加完后，继续反应30min，降温到80℃后加入8mL三乙醇胺，搅拌均匀，冷却后得到浅乳白色的胶态五氧化二锑产品，溶胶中五氧化二锑的含量为36.6％，pH值为7.0，胶体产品的粘度5.32。
实施例2
将50mL去离子水加入500mL带有机械搅拌和回流冷凝器的三口烧瓶中，再25gSb2O3、1.7g六偏磷酸钠和1mL磷酸加入三口烧瓶中搅拌制浆，放入水浴锅中加热到90℃恒温，缓慢滴加30％双氧水18mL,滴加完后反应5～10分钟，再向三口烧瓶中加入25g Sb2O3，以相同速度继续滴加剩余的17mL双氧水，滴加完后，继续反应30min，降温到80℃后加入4mL三乙醇胺，搅拌均匀，冷却后得到浅乳白色的胶态五氧化二锑产品，溶胶中五氧化二锑的含量为38％，pH值为6.8，胶体产品的粘度7.36。
实施例3
将33mL去离子水加入500mL带有机械搅拌和回流冷凝器的三口烧瓶中，再25gSb2O3和3.5g六偏磷酸钠加入三口烧瓶中搅拌制浆，放入水浴锅中加热到90℃恒温，缓慢滴加30％双氧水18mL,滴加完后反应5～10分钟，再向三口烧瓶中加入25g Sb2O3，以相同速度继续滴加剩余的17mL双氧水，滴加完后，继续反应30min，降温到80℃后加入8mL三乙醇胺，搅拌均匀，冷却后得到浅乳白色的胶态五氧化二锑产品，溶胶中五氧化二锑的含量为42％，pH值为7.2，胶体产品的粘度6.36。
实施例4
将33mL去离子水加入500mL带有机械搅拌和回流冷凝器的三口烧瓶中，再20gSb2O3和3.5g六偏磷酸钠加入三口烧瓶中搅拌制浆，放入水浴锅中加热到90℃恒温，缓慢滴加30％双氧水14mL,滴加完后反应5～10分钟，再向三口烧瓶中加入20g Sb2O3，以相同速度继续滴加14mL双氧水，滴加完后反应5～10分钟，再向三口烧瓶中加入10g Sb2O3，以相同速度继续滴加剩余的7mL双氧水，继续反应30min，降温到80℃后加入8mL三乙醇胺，搅拌均匀，冷却后得到浅乳白色的胶态五氧化二锑产品，溶胶中五氧化二锑的含量为42％，pH值为7.4，胶体产品的粘度6.25。
对比例1
将33mL去离子水加入500mL带有机械搅拌和回流冷凝器的三口烧瓶中，再25gSb2O3、3.5g六偏磷酸钠和8mL三乙醇胺加入三口烧瓶中搅拌制浆，放入水浴锅中加热到90℃恒温，缓慢滴加30％双氧水18mL,滴加完后反应5～10分钟，再向三口烧瓶中加入25g Sb2O3，以相同速度继续滴加剩余的17mL双氧水，滴加完后，继续反应30min后得到浅黄绿色的胶态五氧化二锑产品，溶胶中五氧化二锑的含量为42％，pH值为3.8，胶体产品的粘度5.32。
对比例2
将33mL去离子水加入500mL带有机械搅拌和回流冷凝器的三口烧瓶中，再20gSb2O3和1mL磷酸加入三口烧瓶中搅拌制浆，放入水浴锅中加热到90℃恒温，缓慢滴加30％双氧水14mL,滴加完后反应5～10分钟，再向三口烧瓶中加入20gSb2O3，以相同速度继续滴加14mL双氧水，滴加完后反应5～10分钟，再向三口烧瓶中加入10g Sb2O3，以相同速度继续滴加剩余的7mL双氧水，继续反应30min，降温到80℃后加入8mL三乙醇胺，搅拌均匀，得到不透明乳白色的产品，产品放置约半小时后分层，未得到稳定的胶体产品。
对比例3
将33mL去离子水加入500mL带有机械搅拌和回流冷凝器的三口烧瓶中，将1g磷酸和1.7g六偏磷酸钠加入三口烧瓶中，再加入50g三氧化二锑搅拌制浆，浆料搅拌粘稠，搅拌困难，放入水浴锅中加热到90℃恒温，缓慢滴加30％双氧水35mL,滴加完后反应30分钟，降温到80℃后加入8mL三乙醇胺，搅拌均匀，得到不透明乳白色的产品，产品放置约几分钟后就分层沉降，未得到稳定的胶体产品。

Claims (2)

1.一种高浓度胶态五氧化二锑的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将三氧化锑粉末加入至含六偏磷酸钠的溶液中进行调浆，所得浆料加热至回流温度时，缓慢加入双氧水进行氧化反应，待双氧水加完后，搅拌反应形成低浓度胶态五氧化二锑；
2)在低浓度胶态五氧化二锑中分批次补充加入三氧化二锑粉末和双氧水，按照步骤1)进行氧化反应，待氧化反应全部完成后，加入三乙醇胺，搅拌，即得高浓度胶态五氧化二锑；
所述浆料中三氧化锑的浓度为0.5～0.8g/mL，六偏磷酸钠的浓度为0.03～0.09g/mL；所述含六偏磷酸钠的溶液中还包含磷酸；磷酸与六偏磷酸钠的质量比为1～2：3～4；
步骤1)中，三氧化锑粉末加入量占三氧化锑粉末总质量的40～60％；
步骤1)中，双氧水通过滴加方式缓慢加入，双氧水的质量百分比浓度为25％～35％，双氧水相对三氧化锑粉末的加入量为0.7～1mL/g，双氧水加完后，搅拌反应5～10min；
步骤2)中，分1～5批次补充加入三氧化二锑粉末和双氧水，每批次补充加入的三氧化二锑粉末与双氧水的用量比例与步骤1)中三氧化二锑粉末与双氧水加入量比例相同；所述三乙醇胺与含六偏磷酸钠的溶液体积比为0.05～0.2：1；
所述高浓度胶态五氧化二锑中五氧化二锑的含量为30～45％，pH为6.5～8，粘度为5～7.5，粒径为2~10nm。
2.根据权利要求1所述的一种高浓度胶态五氧化二锑的制备方法，其特征在于：所述回流温度为90～100℃。
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