一種無機粉體表面化學鍍的方法及其薄膜與流程

2023-06-10 02:44:02

本發明涉及化學鍍技術領域，尤其涉及一種無機粉體表面化學鍍的方法。

背景技術：
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金屬包覆無機粉體是指以無機粉體為核心，以金屬為外殼的複合粉體。這種複合粉體由於具有優異的電磁學、光學、化學催化以及可以改善金屬和陶瓷之間的潤溼性等優異的性質，近年來廣泛應用於電磁學材料、催化材料、導電等方面領域。金屬包覆無機粉體複合粉體的製備方法有溶膠凝膠法、機械混合法、化學鍍法、非均相沉澱法等，其中化學鍍法由於可以在任何基體表面都能製備出均勻、孔隙率低、厚度可控的金屬鍍層，且工藝易於控制、設備簡單受到廣泛的關注。

目前粉體表面化學鍍工藝為：(1)粉體表面引入活性基團；(2)活性基團吸附催化劑；(3)吸附催化劑的粉體表面通過化學鍍沉積金屬粒子。例如，中國專利02131262.1公開了無機粉體表面金屬化的方法。此方法首先無機粉體經過鉻酐的溶液粗化；然後經氯化亞錫鹽酸溶液敏化，氯化鈀鹽酸溶液活化；最後進行表面化學鍍覆金屬層。其中粗化、敏化和活化過程均在酸性條件下，這種工藝不能實現如碳酸鈣、粉煤灰、碳酸鎂等粉體的表面化學鍍。再如中國專利200780011903.8公開了導電性非電解電鍍粉體及其製造方法。此方法是將芯材粉體與三聚氰胺樹脂的初期縮合物接觸，進行該初期縮合物的聚合反應，利用三聚氰胺樹脂中的氨基吸附催化劑，從而實現化學鍍。該方法是採用聚合物單體通過聚合反應在粉體表面引入活性基團，工藝複雜，另外聚合物同粉體表面縮合反應很難實現粉體表面完全包裹。

因此現有無機粉體化學鍍的方法有待改善。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有粉體表面化學鍍方法的不足，提供一種無機粉體表面化學鍍的方法，它適用於各種無機粉體、工藝簡單、安全環保。

為了實現上述目的，本發明採取的技術方案如下：

(1)無機粉體在乾燥設備中100℃-180℃溫度下乾燥至含水量<0.1％；

(2)將步驟(1)所得無機粉體與設定比例的分散劑在高混機內攪拌，100℃-160℃溫度下活化混合10分鐘-20分鐘，繼續加入設定比例的石蠟在高混機內攪拌，70℃-120℃下混合1分鐘-30分鐘；

(3)將步驟(2)所得無機粉體與設定比例的活性樹脂在高混機內攪拌，60℃-120℃下混合1分鐘-40分鐘；

(4)將步驟(3)所得無機粉體浸入pH為1-3的敏化液中進行敏化，敏化溫度為30℃-90℃，敏化時間為5分鐘-50分鐘，水洗至中性；

(5)將步驟(4)所得無機粉體浸入pH為1-4的活化液中進行活化，活化溫度為40℃-80℃，活化時間為10分鐘-50分鐘，水洗至中性；

(6)將步驟(5)所得活化後無機粉體化學施鍍，同時採用機械攪拌以均勻分散粉體，化學鍍10分鐘-30分鐘後水洗，40℃-60℃乾燥5分鐘-20分鐘，得到表面化學鍍的無機粉體。

分散劑用於填料表面改性，防止無機粉體間團聚和提高無機粉體和石蠟間相容性；石蠟用於均勻包覆無機粉體，防止無機粉體在敏化和活化過程中同酸反應和接枝活性樹脂；活性樹脂用於吸附催化劑，有利於化學施鍍。

上述無機粉體表面化學鍍的方法，所述無機粉體為碳酸鈣、硅藻土、硫酸鈣、沸石、粉煤灰、滑石粉、雲母粉、高嶺土、矽灰石、碳酸鎂中的一種或幾種的混合物。

上述無機粉體表面化學鍍的方法，所述分散劑為脂肪酸類分散劑、脂肪族醯胺類分散劑、石蠟類分散劑、金屬皂類分散劑和低分子蠟類分散劑中的一種或幾種的混合物，分散劑加入量為無機粉體重量0.5％-2％。

上述無機粉體表面化學鍍的方法，所述活性樹脂為矽烷偶聯劑、三聚氰胺樹脂、尿素、硫脲、苯胍胺中的一種或幾種的混合物，活性樹脂加入量為無機粉體重量1％-6％。

上述無機粉體表面化學鍍的方法，所述石蠟加入量為無機粉體重量1％-5％。

上述無機粉體表面化學鍍的方法，所述敏化液為氯化亞錫溶液，其中所述活化液包含金屬膠體催化劑的溶液，其中金屬膠體催化劑為鈀、鉑、銀和金中的至少一種。

上述無機粉體表面化學鍍的方法，所述無機粉體粒徑為10微米-500微米。

本發明的另一個目的是這樣實現的：

一種薄膜，其表面含有塗層，所述塗層中上述表面化學鍍的無機粉體。

與現有技術相比，本發明存在以下有益效果：

1.本發明無機粉體採用石蠟包裹，能夠避免無機粉體在敏化和活化過程中同酸反應，可以實現碳酸鈣、粉煤灰、碳酸鎂等無機粉體表面化學鍍。

2.本發明採用的製備工藝簡單，可以實現連續化生產。

3.本發明製備的產品中金屬層均勻包覆在無機粉體表面，且包覆不受粉體形貌限制。

4.本發明方案得到的改性無機粉體，可用於導電塗料、電磁防護塗料中的導電填料。

附圖說明：

圖1：a：碳酸鈣顆粒的掃描電鏡圖，b：碳酸鈣顆粒的掃描電鏡局部放大圖，c：碳酸鈣表面包覆鎳顆粒的掃描電鏡圖，d:碳酸鈣表面包覆鎳顆粒的掃描電鏡局部放大圖；

圖2：碳酸鈣表面包覆鎳顆粒的X射線衍射。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明作進一步具體描述，所述實施例只用於理解本發明，並不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域技術人員根據本發明核心技術對其作出一些等同改進和調整，均應視為在本發明的保護範圍之內。

實施例1：

將50微米沸石在乾燥設備中100℃溫度下乾燥10分鐘，至含水量<0.1％；再將乾燥後的沸石與佔其重量2％的金屬皂類分散劑在高混機內攪拌，100℃溫度下活化混合20分鐘，然後加入佔沸石重量1％的石蠟在高混機內攪拌，90℃下混合30分鐘，繼續加入佔沸石重量6％的尿素在高混機內攪拌，90℃下混合30分鐘；將所得表面改性的無機粉體浸入pH為1的氯化亞錫溶液中進行敏化，敏化溫度為90℃，敏化時間為5分鐘，水洗至中性；接下來將所得粉體浸入pH為4的氯化鈀溶液中進行活化，活化溫度為40℃，活化時間為50分鐘，取出，用去離子水清洗，40℃乾燥20分鐘。

配製化學鍍銅鍍液，鍍液組分為：NiSO4·7H2O(1克/升)、CuSO4·5H2O(24克/升)、NaH2PO2·H2O(55克/升)、Na3C6H5O7·2H2O(1.5克/升)、H3BO3(70克/升)。將活化後的基材浸入40℃的化學鍍銅鍍液中施鍍30分鐘。化學鍍銅後，用去離子水清洗，在烘箱中40℃乾燥20分鐘，即得表面包覆銅的沸石粉體，粉末體積電阻率小於8×10-3Ωcm。

實施例2：

將10微米硅藻土在乾燥設備中180℃溫度下乾燥20分鐘，至含水量<0.1％；再將乾燥後的硅藻土與佔硅藻土重量0.5％的脂肪族醯胺類分散劑在高混機內攪拌，160℃溫度下活化混合10分鐘，然後加入佔硅藻土重量5％的石蠟在高混機內攪拌，90℃下混合30分鐘，繼續加入佔硅藻土重量1％的三聚氰胺樹脂在高混機內攪拌，90℃下混合30分鐘；將所得表面改性的無機粉體浸入pH為3的氯化亞錫溶液中進行敏化，敏化溫度為30℃，敏化時間為50分鐘，水洗至中性；接下來將所得粉體浸入pH為1的氯化鈀溶液中進行活化，活化溫度為80℃，活化時間為10分鐘，取出用去離子水清洗，60℃乾燥5分鐘。

配製化學鍍銀鍍液，鍍液組分為：AgNO3(29克/升)、NH3·H2O(4克/升)、和HCHO(55克/升)。將活化後的基材浸入45℃的化學鍍銀鍍液中施鍍25分鐘。化學鍍銀後，用去離子水清洗，在烘箱中50℃乾燥15分鐘，即得表面包覆銀的硅藻土粉體，粉末體積電阻率小於3×10-2Ωcm。

實施例3：

將85微米碳酸鈣在乾燥設備中145℃溫度下乾燥14分鐘，至含水量<0.1％；再將乾燥後的碳酸鈣與佔碳酸鈣重量1％的脂肪酸類分散劑在高混機內攪拌，120℃溫度下活化混合15分鐘，然後加入佔碳酸鈣重量2％的石蠟在高混機內攪拌，90℃下混合30分鐘，繼續加入佔碳酸鈣重量2.8％的矽烷偶聯劑(KH550)在高混機內攪拌，90℃下混合30分鐘；將所得表面改性的無機粉體浸入pH為2的氯化亞錫溶液中進行敏化，敏化溫度為80℃，敏化時間為30分鐘，水洗至中性；接下來將所得粉體浸入pH為2.8的氯化鈀溶液中進行活化，活化溫度為60℃，活化時間為30分鐘，取出用去離子水清，58℃乾燥18分鐘。

配製化學鍍鎳鍍液，鍍液組分為：NiSO4·7H2O(50克/升)、NaH2PO2·H2O(25克/升)、(NH4)2·SO4(11克/升)、C6H8O7(7克/升)。將活化後的基材浸入55℃的化學鍍鎳鍍液中施鍍20分鐘。化學鍍鎳後，用去離子水清洗，在烘箱中45℃乾燥18分鐘，即得表面包覆鎳的碳酸鈣粉體，粉末體積電阻率小於2×10-2Ωcm。

實施例4：

將500微米粉煤灰在乾燥設備中125℃溫度下乾燥16分鐘，至含水量<0.1％；再將乾燥後的碳酸鈣與佔粉煤灰重量1％的脂肪酸類分散劑在高混機內攪拌，110℃溫度下活化混合12分鐘，然後加入佔粉煤灰重量2.5％的石蠟在高混機內攪拌，120℃下混合1分鐘，繼續加入佔粉煤灰重量2.8％的硫脲在高混機內攪拌，120℃下混合1分鐘；將所得表面改性的無機粉體浸入pH為2的氯化亞錫溶液中進行敏化，敏化溫度為80℃，敏化時間為30分鐘，水洗至中性；接下來將所得粉體浸入pH為2.8的氯化鈀溶液中進行活化，活化溫度為60℃，活化時間為30分鐘，取出用去離子水清洗，55℃乾燥15分鐘。

配製化學鍍鎳鍍液，鍍液組分為：NiSO4·7H2O(50克/升)、NaH2PO2·H2O(25克/升)、(NH4)2·SO4(11克/升)、C6H8O7(7克/升)。將活化後的基材浸入55℃的化學鍍鎳鍍液中施鍍15分鐘。化學鍍鎳後，用去離子水清洗，在烘箱中55℃乾燥13分鐘，即得表面包覆鎳的粉煤灰粉體，粉末體積電阻率小於8×10-3Ωcm。

實施例5：

將200微米滑石粉在乾燥設備中110℃溫度下乾燥18分鐘，至含水量<0.1％；再將乾燥後的滑石粉與佔滑石粉重量0.5％的脂肪族醯胺類分散劑在高混機內攪拌，140℃溫度下活化混合18分鐘，然後加入佔滑石粉重量4％的石蠟在高混機內攪拌，70℃下混合30分鐘，繼續加入佔滑石粉重量1％的苯胍胺在高混機內攪拌，60℃下混合40分鐘；將所得表面改性的無機粉體浸入pH為3的氯化亞錫溶液中進行敏化，敏化溫度為30℃，敏化時間為50分鐘，水洗至中性；接下來將所得粉體浸入pH為1的氯化鈀溶液中進行活化，活化溫度為80℃，活化時間為10分鐘，取出用去離子水清洗，45乾燥18分鐘。

配製化學鍍銀鍍液，鍍液組分為：AgNO3(29克/升)、NH3·H2O(4克/升)、和HCHO(55克/升)。將活化後的基材浸入45℃的化學鍍銀鍍液中施鍍10分鐘。化學鍍銀後，用去離子水清洗，在烘箱中60℃乾燥10分鐘，即得表面包覆銀的滑石粉粉體，粉末體積電阻率小於9×10-3Ωcm。