CN1903962A - 以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法及抛光粉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法及抛光粉，在含铈稀土溶液与沉淀剂溶液的反应中，利用高分子表面活性剂的分子模板作用和其与沉淀剂的协同作用，形成几何形状趋于一致的前驱物沉淀颗粒；然后将过滤得到的滤饼进行洗涤和打浆，以对颗粒表面改性，并将最后所得滤饼经干燥、分解、气流粉碎分级，制备出粒径D_max≤1μm，硬度适中，形貌可控的抛光粉。

Description

以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法及抛光粉

技术领域

本发明涉及精密抛光材料的制备技术，特别是以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，采用该方法制备的抛光粉，其粉体的粒径Dmax≤1μm，还能够控制其粉体的形貌。本发明还提供粉体形貌特征基本均一的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉。

背景技术

稀土抛光粉以其抛光效率高、使用寿命长、适用范围广等优异性，成为当今最受欢迎的精密抛光材料，广泛应用于CRT、LCD、工业仪表、眼镜、光学元件等领域的抛光。

由于LCD、大屏幕彩色电视机以及计算机需求的高速增长，CRT、PDP、LCD、光学镜头对高性能稀土抛光粉的需求占整个稀土抛光粉的65％～70％。目前我国LCD生产厂所用的稀土抛光粉多数要从国外进口，国内生产的质量上还有欠缺，生产规模小、设备自动化程度低造成产品均一性差。

本发明人一直致力于利用我国丰富的铈类资源，开展在精密抛光用超细抛光粉，特别是Dmax≤1μm，硬度适中，形貌可控的抛光粉方面的研究，以取代进口产品。经过检索，相关研究报道很少，现有技术中对二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的粉体几何形状没有进行研究或披露，更不涉及利用高分子表面活性剂作为分子模板来控制粉体几何形状的技术。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，采用该方法能够获得形貌可控的抛光粉，从而有利于满足不同材料或产品的精密抛光要求。通过进一步完善，该方法制备的抛光粉的粉体粒径为Dmax≤1μm，并且硬度适中，完全可以取代进口产品。

本发明还提供一种以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉。

本发明总的技术构思为，在含铈稀土溶液与沉淀剂溶液的反应中，利用高分子表面活性剂的分子模板作用和其与沉淀剂的协同作用，形成几何形状趋于一致的前驱物沉淀颗粒；然后将过滤得到的滤饼进行洗涤和打浆，以对颗粒表面改性，并将最后所得滤饼经干燥、分解、气流粉碎分级，制备出粒径Dmax≤1μm，硬度适中，形貌可控的抛光粉。

本发明的技术方案如下：

以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，分别配制出含铈稀土溶液和沉淀剂溶液，并且调节含铈稀土溶液的pH至1.5～3.0之间；步骤2，将高分子表面活性剂加入到含铈稀土溶液中，和/或沉淀剂溶液中；步骤3，将含铈稀土溶液与沉淀剂溶液混合，形成几何形状趋于一致的前驱物沉淀颗粒。

所述步骤1中的含铈稀土溶液为稀土离子的盐酸盐或硝酸盐，采用盐酸或硝酸、以及氨水调节pH值。

所述步骤2中还包括助表面活性剂，该助表面活性剂与所述高分子表面活性剂一起加入到含铈稀土溶液中，和/或沉淀剂溶液中。

所述高分子表面活性剂至少是平均分子量不少于5000的聚α-乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、α-乙烯基吡咯烷酮与苯乙烯共聚物、α-乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸的共聚物的一种；所述助表面活性剂至少是C原子数为4以上的醇类的一种；所述沉淀剂为草酸铵、碳铵、氨水中的一种或其复配溶液。

所述高分子表面活性剂及助表面活性剂的添加量分别为含铈稀土溶液与沉淀剂溶液之体积和的0.01～1％；所述沉淀剂溶液的浓度不大于5mol·L^-1，加入量过量系数为1.05～1.2；所述含铈稀土溶液的浓度不大于1mol·L^-1；所述含铈稀土溶液是指含铈混合溶液或纯铈稀土溶液。

所述步骤3中的将含铈稀土溶液与沉淀剂溶液混合是指，在设定温度下，通过搅拌以喷雾方式将一种溶液加入另一种溶液中，加入时间30～180min，并且加入完成后，继续搅拌30～60min，体系温度控制在设定温度范围内。

还包括步骤4，过滤，用去离子水洗涤前驱物沉淀颗粒至少三次，对过滤后的滤饼用脂肪酸无水乙醇溶液或酒精溶液打浆，再次过滤，将最后所得滤饼经干燥、干燥后粉体分解、气流粉碎分级，制备出几何形状趋于一致的超细精密抛光粉。

所述脂肪酸无水乙醇溶液的体积浓度为0.2～3.0％，所述脂肪酸至少是油酸、硬脂酸、软酯酸、棕榈酸、月桂酸的一种；所述打浆中滤饼与脂肪酸无水乙醇溶液的体积比为：1∶1～1∶10；所述干燥的温度在60～150℃之间，干燥时间在5～10h；所述干燥后粉体分解的温度在600～850℃，分解时间为5～10h。

所述超细精密抛光粉的粉体粒径Dmax≤1μm，粉体几何形状呈菱角状或类球状。

一种以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉，其特征在于：在含铈稀土溶液与沉淀剂溶液的反应中，利用高分子表面活性剂的分子模板作用和其与沉淀剂的协同作用，制备出几何形状趋于一致的超细精密抛光粉的粉体，所述粉体的几何形状呈菱角状或类球状，且粉体的粒径Dmax≤1μm。

本发明的技术效果如下：

由于本发明的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，从对粉体的形貌控制入手，利用高分子表面活性剂的分子模板作用和其与沉淀剂的协同作用，使得含铈稀土溶液与沉淀剂溶液的反应能够形成几何形状趋于一致的前驱物沉淀颗粒，从而不仅解决了对粉体最大粒径的有效控制，而且实现了对粉体形貌的控制，以满足不同材料或产品的精密抛光要求。

由于本发明的一种以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉，不仅具有几何形状趋于一致的超细精密抛光粉的粉体，而且粉体的几何形状呈菱角状或类球状，粉体的粒径Dmax≤1μm，这使得本发明不仅仅是能够完全取代进口产品，还从性能上优于进口产品。

附图说明

图1为硝酸铈溶液草酸铵沉淀制备的超细氧化铈粉体场发射扫描(SEM)图片，放大倍率18000倍，粉体的几何形状呈菱角状。

图2为氯化铈溶液碳铵沉淀制备的超细氧化铈粉体场发射扫描(SEM)图片，放大倍率60000倍，粉体的几何形状呈类球状。

图3为本发明的实施工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

首先，结合图3简要介绍一下本发明以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备工艺流程：将分别配置好的稀土溶液、沉淀剂溶液和添加剂进行合成—洗涤—改性—干燥—分解—分级—超细精密抛光粉。

就本发明采用的技术方案详细披露如下：采用稀土(盐)溶液，调节pH至1.5～3.0在高分子表面活性剂及助表面活性剂的作用下，通过草酸铵、碳铵、氨水等沉淀剂离子与稀土离子反应，形成相应的前驱物沉淀，前驱物形貌由高分子表面活性剂及助表面活性剂控制。过滤，滤饼用去离子水洗涤，再以脂肪酸酒精溶液打浆，对颗粒表面改性，然后再次过滤。最后所得滤饼经干燥、分解、气流粉碎分级，制备出粒径Dmax≤1μm，硬度适中，形貌可控的抛光粉。具体按以下步骤进行制备：

1.将稀土溶液配制成总浓度不大于1M溶液，M为mol·L^-1，其中：

(1)、稀土溶液是含铈混合溶液或纯铈稀土溶液，添加盐酸(硝酸)及氨水调节pH在1.5～3.0之间；

(2)、稀土溶液至少是稀土离子的盐酸盐、硝酸盐的一种；

2.配制沉淀剂溶液，沉淀剂为草酸铵、碳铵或氨水中的一种或其复配溶液，沉淀剂浓度不大于5M，加入量过量系数为1.05～1.2

3.加入高分子表面活性剂及助表面活性剂，添加量为反应溶液总体积的0.01～1％，搅拌均匀。其中高分子表面活性剂至少是平均分子量不少于5000的聚α-乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、α-乙烯基吡咯烷酮与苯乙烯共聚物、α-乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸的共聚物的一种；助表面活性剂至少是C原子数为4以上的醇类的一种。表面活性剂及助表面活性剂可以加入到稀土溶液中，也可以加入到沉淀剂溶液中。

4.在设定温度下，通过搅拌以喷雾方式将一种溶液加入另一种溶液中，加入时间30～180min。

5.继续搅拌30～60min，体系温度控制在设定温度范围。

6.过滤，用去离子水洗涤沉淀至少三次；

7.过滤后，将固体用0.2～3.0％脂肪酸无水乙醇溶液打浆；其中：

(1)、所采用的脂肪酸至少是油酸、硬脂酸、软酯酸、棕榈酸、月桂酸的一种；

(2)、所打浆洗涤的固体与脂肪酸无水乙醇溶液的体积比为(V/V)：1∶1～1∶10；

8.再次过滤，滤饼干燥，干燥温度在60～150℃之间，干燥时间在5～10h；

9.干燥后粉体分解，分解温度在600～850℃，分解时间为5～10h；

10.分解后粉体气流粉碎分级，符合要求的粉体(Dmax≤1μm)用两层软PVC袋包装。

综上所述，本发明的核心技术是：采用高分子表面活性剂控制反应产物的形貌，将稀土盐溶液与沉淀剂溶液反应，形成特殊形貌的前驱物沉淀，用脂肪酸酒精溶液洗涤沉淀对颗粒表面改性，保证烘干、还原过程颗粒不会增大和板结。通过干燥、分解、气流粉碎分级制备出特殊形貌的粉体(Dmax≤1μm)。

实施例1：

128.0g结晶硝酸铈溶于500ml去离子水中，配制成0.50mol·L^-1Ce(NO3)3溶液，加硝酸及氨水调节PH：2.0。84.5g草酸铵溶于2000ml去离子水中溶解，配成0.30mol·L^-1草酸铵溶液，加入25.0ml-10％聚丙烯酸，12.5ml正丁醇，搅拌均匀。搅拌下以喷雾方式将硝酸铈溶液加入到草酸铵溶液中，加入时间33min。继续搅拌30min，过滤。滤饼以去离子水打浆洗涤3次，以500ml 1％脂肪酸酒精溶液打浆1次，过滤。沉淀物室温阴干8h，80℃干燥5h，700℃分解2h，得48.8g粉体，气流粉碎分级得到40g合格粉体，取样做SEM分析，余下样品用铝箔真空封装。SEM结果表明，粉体的形貌为棱角状，颗粒分布集中在0.5～1.0μm之间，参见图1。

实施例2：

配制0.87mol/l氯化铈溶液330ml，用氨水及盐酸调至PH：2.5～3.0，加3.3ml-10％聚丙烯酸，1.65ml正丁醇，搅拌均匀。配制3.16mol/l碳铵溶液320ml碳铵，加氨水调PH8.5～9.0，加3.2ml-10％聚丙烯酸，1.60ml正丁醇。氯化铈溶液加热至90℃，搅拌下将碳铵溶液喷雾加入，加入时间116min，继续搅拌60min，过滤。滤饼以去离子水打浆洗涤3次，以500ml1％酒精溶液打浆1次，过滤。沉淀物室温阴干8h，80℃干燥5h，700℃分解2h，得49.2g粉体，气流粉碎分级得到39g合格粉体，取样做SEM分析，余下样品用铝箔真空封装。SEM结果表明，粉体的形貌为类球状，晶粒分布集中在0.5μm以下，参见图2。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1，分别配制出含铈稀土溶液和沉淀剂溶液，并且调节含铈稀土溶液的pH至1.5～3.0之间；步骤2，将高分子表面活性剂加入到含铈稀土溶液中，和/或沉淀剂溶液中；步骤3，将含铈稀土溶液与沉淀剂溶液混合，形成几何形状趋于一致的前驱物沉淀颗粒。

2.根据权利要求1所述的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的含铈稀土溶液为稀土离子的盐酸盐或硝酸盐，采用盐酸或硝酸、以及氨水调节pH值。

3.根据权利要求1所述的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于：所述步骤2中还包括助表面活性剂，该助表面活性剂与所述高分子表面活性剂一起加入到含铈稀土溶液中，和/或沉淀剂溶液中。

4.根据权利要求3所述的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于：所述高分子表面活性剂至少是平均分子量不少于5000的聚α-乙烯基吡咯烷酮、聚丙烯酸、α-乙烯基吡咯烷酮与苯乙烯共聚物、α-乙烯基吡咯烷酮与丙烯酸的共聚物的一种；所述助表面活性剂至少是C原子数为4以上的醇类的一种；所述沉淀剂为草酸铵、碳铵、氨水中的一种或其复配溶液。

5.根据权利要求3所述的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于：所述高分子表面活性剂及助表面活性剂的添加量分别为含铈稀土溶液与沉淀剂溶液之体积和的0.01～1％；所述沉淀剂溶液的浓度不大于5mol·L^-1，加入量过量系数为1.05～1.2；所述含铈稀土溶液的浓度不大于1mol·L^-1；所述含铈稀土溶液是指含铈混合溶液或纯铈稀土溶液。

6.根据权利要求1所述的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于：所述步骤3中的将含铈稀土溶液与沉淀剂溶液混合是指，在设定温度下，通过搅拌以喷雾方式将一种溶液加入另一种溶液中，加入时间30～180min，并且加入完成后，继续搅拌30～60min，体系温度控制在设定温度范围内。

7.根据权利要求1所述的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于：还包括步骤4，过滤，用去离子水洗涤前驱物沉淀颗粒至少三次，对过滤后的滤饼用脂肪酸无水乙醇溶液或酒精溶液打浆，再次过滤，将最后所得滤饼经干燥、干燥后粉体分解、气流粉碎分级，制备出几何形状趋于一致的超细精密抛光粉。

8.根据权利要求7所述的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于：所述脂肪酸无水乙醇溶液的体积浓度为0.2～3.0％，所述脂肪酸至少是油酸、硬脂酸、软酯酸、棕榈酸、月桂酸的一种；所述打浆中滤饼与脂肪酸无水乙醇溶液的体积比为：1∶1～1∶10；所述干燥的温度在60～150℃之间，干燥时间在5～10h；所述干燥后粉体分解的温度在600～850℃，分解时间为5～10h。

9.根据权利要求1所述的以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉的制备方法，其特征在于：所述超细精密抛光粉的粉体粒径Dmax≤1μm，粉体几何形状呈菱角状或类球状。

10.一种以二氧化铈为主体的超细精密抛光粉，其特征在于：在含铈稀土溶液与沉淀剂溶液的反应中，利用高分子表面活性剂的分子模板作用和其与沉淀剂的协同作用，制备出几何形状趋于一致的超细精密抛光粉的粉体，所述粉体的几何形状呈菱角状或类球状，且粉体的粒径Dmax≤1μm。

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