一種碳酸鈣/鎳複合導電粉體及其製備方法
2023-05-15 11:45:06
專利名稱：一種碳酸鈣/鎳複合導電粉體及其製備方法
技術領域：
本發明屬於無機化學領域，具體涉及一種碳酸鈣/鎳複合導電粉體及其製備方 法。
背景技術：
近年來，隨著社會科技的不斷進步，人們對導電功能材料的要求也逐步提高。導電 粉體作為一種重要的導電功能材料，被廣泛應用石油、化工、通信、電子、汽車和陶瓷等多種 領域。傳統的常用導電粉體有碳系(碳黑、石墨、乙炔黑和碳纖維等)，金屬系(金屬粉體和 金屬纖維等)和金屬氧化物系(ΑΤΟ和ZAO等)。碳系導電粉體的主要缺點是分散性差、色 調單一、生產和使用易玷汙工作環境；金屬系導電粉體存在價格昂貴，生產成本高，耐候性 不佳等諸多不足；而金屬氧化物系粉體由於導電性能差，易發生沉澱分層而在實際應用中 較為少見。因此，開發一種價格低廉，具備良好導電性能，耐候性好的導電粉體就具有非常 現實的意義。目前，雖然關於各系導電粉體的製備及研究報導已有很多(中國專利 CN200710035919. 4 ；中國專利 CN200410021990. 3 ；羅重霄，等，物理化學學報，2008，24 (6) 1007-1011等)。可是，這些方法並未從根本上解決現有導電粉體性能的不足，而且普遍存 在製備工藝複雜、生產成本過高等不足，制約了這些導電粉體在工業上進一步應用的可能。 在已出現的諸多報導中，鎳系金屬粉體由於其具有優良的理化及導電性能，且價格相較其 它金屬粉體要低，成為了現今使用量最大的導電粉體之一。但這些研究報導往往將目光注 意在提高鎳系導電粉體的導電性和耐候性上(中國專利CN200710066392. 1)，對於如何降 低導電粉體的生產成本，節約寶貴的金屬資源等與生產息息相關的環節上，則很少涉及。而 隨著鎳系導電粉體的應用範圍及用量的不斷擴大，我國的鎳資源儲備越發顯得相對不足。 因此，為了合理減少金屬鎳的使用量，有效控制生產成本，開展新型鎳系複合導電粉體的研 制，就成為一項極具理論研究與實際應用價值的工作。本發明針對現有鎳系導電粉體製備現狀的不足，創造性地提出了一種新的碳酸鈣 /鎳複合導電粉體的製備方法，即採用在碳酸鈣納米組裝球表面進行原位還原的方法進行 製備(如說明書附
圖1所示)。該方法著眼於提高碳酸鈣/鎳複合導電粉體的導電性和分 散性，在保證碳酸鈣/鎳複合導電粉體達到抗靜電粉體對導電性能的要求的前提下，大大 減少了金屬鎳的使用量，有效地控制了生產成本，使得碳酸鈣/鎳複合材料的產業化成為 了可能；而且，反應中不添加任何有機溶劑，在降低生產成本的同時也符合綠色化學要求。 本發明巧妙地將高活性碳酸鈣納米組裝球與金屬鎳有機結合，利用碳酸鈣納米組裝球的高 吸附能力，採用原位還原的製備方法，成功得到了結構可控、性能穩定的碳酸鈣/鎳複合導 電粉體。同時，偶聯劑的使用對提高複合導電粉體的持久穩定、耐候等性能具有十分積極的 作用。這種原位還原法獲得的複合導電粉體在反應速率、產物導電性、分散性及環境友好性 等方面，是現有鎳系金屬粉體製備方法所難以企及的。由於本發明採用的製備方法具有設備簡單、合成效率高、生產成本低、產物分散性好、導電性佳和對環境友好等特點，因此，具有很強的工業可行性。
發明內容
本發明的目的是提供一種碳酸鈣/鎳複合導電粉體及其製備方法，用來製備具有 良好導電性能的低密度導電粉體，提高複合材料的熱穩定性及耐候性；採用本發明提供的 製備方法，所獲得的碳酸鈣/鎳複合導電粉體，具有原料來源廣泛、生產成本低廉、導電性 能優良，耐候性好等優點。同時，本方法不產生任何有害廢料，可以節省資源，降低對環境的 汙染，符合低碳經濟和可持續發展經濟策略要求。本發明的技術方案如下一種碳酸鈣/鎳複合導電粉體，其特徵在於通過以下方法製得，具體包括如下步 驟(1)將一定比例的碳酸鈣納米組裝球與作為鎳源的原材料投入反應器中，以水為 介質，充分攪拌至體系均勻，碳酸鈣納米組裝球和鎳源的質量之比為100 (0.1-1);(2)向體系中緩慢滴加作為偶聯劑的矽酸鈉水溶液，滴加完畢後保持體系靜置，偶 聯劑的加入質量為碳酸鈣納米組裝球和鎳源總質量的0. 05-0. 5wt% ；(3)再在攪拌的條件下向體系中滴加水合胼，調節體系溫度，水合胼的加入質量為 碳酸鈣納米組裝球和鎳源總質量的1. 0-5. 0倍，體系的反應溫度60-90°C ；(4)然後加入NaOH溶液調節pH值至體系開始發生原位還原反應，體系發生原位還 原反應的PH值pH彡13 ；(5)待體系完全反應後，抽濾、洗滌、烘乾即可獲得黑色碳酸鈣/鎳複合導電粉體。所述的碳酸鈣/鎳複合導電粉體，其特徵在於所述的鎳源選自硫酸鎳、氯化鎳中 的一種或兩種。所述的碳酸鈣/鎳複合導電粉體，其特徵在於所述的碳酸鈣納米組裝球的製備 方法如下(1)取表面平整光滑的玻璃片浸沒於膠棉液中，重複提拉，自然乾燥，得厚度均勻 0. 18-0. 22mm的膠棉膜模板；(2)將步驟(1)獲得的半透膜固定在反應器中，將反應器分隔成兩部分；(3)按下列比例進行反應將 20mL 0. 10mol/L Na2CO3 溶液和 20mL 0. 10mol/L CaCl2溶液分別置於隔膜組裝體系的兩側，室溫下反應20-22h ；(4)分離反應產物；(5)再用去離子水洗滌分離產物數次，至產物中不再含有Ca2+、CO/—等離子為止；(6)洗淨的產物置於乾燥器中乾燥，得到白色粉體則為碳酸鈣納米組裝球。本發明得到的複合材料，顏色為黑色，電阻率完全滿足抗靜電粉體的要求，並具有 良好的分散性。本發明具有如下優點1、首次提出利用原位還原的方法製備出了碳酸鈣/鎳複合導電粉體。該複合材料 具有純度高、結構穩定、粒徑小且均一、導電性佳、無團聚現象、易於分散等優點；同單質金 屬鎳相比，在保證導電性能滿足抗靜電要求的前提下，其密度更是有了大幅度的降低，這對 拓展複合材料的應用範圍，減少其在實際使用過程中的用量，提高該複合導電粉體的經濟附加值是十分有意義的。2、偶聯劑的加入，使得碳酸鈣納米組裝球與鎳離子可以較為牢固的結合在一起， 不僅增加了複合導電粉體表層金屬鎳的厚度，而且使金屬鎳與碳酸鈣之間結合得更加穩定。3、利用本發明提供的原位還原法，不但在製備過程中無任何有機試劑的添加，符 合綠色化學要求，而且反應效率大幅提高，大大節約了生產成本，具備很強的工業可行性。說明書附1為本發明的碳酸鈣/鎳複合導電粉體合成示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施例對本發明作進一步的說明。實施例1 取碳酸鈣納米組裝球10g，加入0. ImL 5%的矽酸鈉水溶液作為偶聯劑，再向其中 加入2mol/L的NiSO4 ·6Η20溶液50mL，攪拌lOmin，讓鎳離子被碳酸鈣所吸附，充分靜置使其 達到吸附飽和；水合胼的密度為1. 03g/mL，按照加入水合胼的質量為30g稱取水合胼29mL， 向體系中逐滴加入，保持體系溫度為70°C，使用NaOH溶液調節並保持體系pH = 14，將吸 附的鎳離子進行原位還原反應，並包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應後，將所得產物抽 濾、洗滌、烘乾，即可獲得黑色碳酸鈣/鎳複合導電粉體；產物具有很好的導電性和分散性， 電阻率約為150 Ω/cm。實施例2取碳酸鈣納米組裝球10g，加入0. 5mL 5%的矽酸鈉水溶液作為偶聯劑，再向其中 加入2mol/L的NiSO4 · 6H20溶液IOOmL,攪拌lOmin，讓鎳離子被碳酸鈣所吸附，充分靜置 使其達到吸附飽和；水合胼的密度為1.03g/mL，按照加入水合胼的質量為12g稱取水合胼 12mL,向體系中逐滴加入，保持體系溫度為70°C，使用NaOH溶液調節並保持體系pH = 14， 將吸附的鎳離子進行原位還原反應，並包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應後，將所得產 物抽濾、洗滌、烘乾，即可獲得黑色碳酸鈣/鎳複合導電粉體；產物具有很好的導電性和分 散性，電阻率約為120 Ω/cm。實施例3取碳酸鈣納米組裝球10g，加入1. OmL 5%的矽酸鈉水溶液作為偶聯劑，再向其中 加入2mol/L的NiCl2 ·6Η20溶液40mL，攪拌lOmin，讓鎳離子被碳酸鈣所吸附，充分靜置使其 達到吸附飽和；水合胼的密度為1. 03g/mL，按照加入水合胼的質量為50g稱取水合胼49mL， 向體系中逐滴加入，保持體系溫度為90°C，使用NaOH溶液調節並保持體系pH = 13，將吸 附的鎳離子進行原位還原反應，並包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應後，將所得產物抽 濾、洗滌、烘乾，即可獲得黑色碳酸鈣/鎳複合導電粉體；產物具有很好的導電性和分散性， 電阻率約為250 Ω/cm。實施例4取碳酸鈣納米組裝球10g，加入0. ImL 5%的矽酸鈉水溶液作為偶聯劑，再向其中 加入2mol/L的NiSO4 ·6Η20溶液IOOmL,攪拌lOmin，讓鎳離子被碳酸鈣所吸附，充分靜置使 其達到吸附飽和；按照加入水合胼的質量為20g稱取水合胼19mL，向體系中逐滴加入，保持體系溫度為60°C，使用NaOH溶液調節並保持體系pH = 14，將吸附的鎳離子進行原位還原 反應，並包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應後，將所得產物抽濾、洗滌、烘乾等，即可獲 得黑色碳酸鈣/鎳複合導電粉體；產物具有很好的導電性和分散性，電阻率約為170 Ω/cm。實施例5取碳酸鈣納米組裝球10g，加入0. ImL 5%的矽酸鈉水溶液作為偶聯劑，再向其中 加入2mol/L的NiCl2 ·6Η20溶液IOOmL,攪拌lOmin，讓鎳離子被碳酸鈣所吸附，充分靜置使 其達到吸附飽和；按照加入水合胼的質量為30g稱取水合胼29mL，向體系中逐滴加入，保持 體系溫度為90°C，使用NaOH溶液調節並保持體系pH = 13，將吸附的鎳離子進行原位還原 反應，並包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應後，將所得產物抽濾、洗滌、烘乾，即可獲得 黑色碳酸鈣/鎳複合導電粉體；產物具有很好的導電性和分散性，電阻率約為300 Ω/cm。
權利要求
一種碳酸鈣/鎳複合導電粉體，其特徵在於通過以下方法製得，具體包括如下步驟(1)將一定比例的碳酸鈣納米組裝球與作為鎳源的原材料投入反應器中，以水為介質，充分攪拌至體系均勻，碳酸鈣納米組裝球和鎳源的質量之比為100∶(0.1 1)；(2)向體系中緩慢滴加作為偶聯劑的矽酸鈉水溶液，滴加完畢後保持體系靜置，偶聯劑的加入質量為碳酸鈣納米組裝球和鎳源總質量的0.05 0.5wt％；(3)再在攪拌的條件下向體系中滴加水合肼，調節體系溫度，水合肼的加入質量為碳酸鈣納米組裝球和鎳源總質量的1.0 5.0倍，體系的反應溫度60 90℃；(4)然後加入NaOH溶液調節pH值至體系開始發生原位還原反應，體系發生原位還原反應的pH值pH≥13；(5)待體系完全反應後，抽濾、洗滌、烘乾即可獲得黑色碳酸鈣/鎳複合導電粉體。
2.根據權利要求1所述的碳酸鈣/鎳複合導電粉體，其特徵在於所述的鎳源選自硫 酸鎳、氯化鎳中的一種或兩種。
3.根據權利要求1所述的碳酸鈣/鎳複合導電粉體，其特徵在於所述的碳酸鈣納米 組裝球的製備方法如下(1)取表面平整光滑的玻璃片浸沒於膠棉液中，重複提拉，自然乾燥，得厚度均勻 0. 18-0. 22mm的膠棉膜模板；(2)將步驟(1)獲得的半透膜固定在反應器中，將反應器分隔成兩部分；(3)按下列比例進行反應將20mL0. 10mol/L Na2CO3溶液和20mL 0. 10mol/L CaCl2溶 液分別置於隔膜組裝體系的兩側，室溫下反應20-22h ；(4)分離反應產物；(5)再用去離子水洗滌分離產物數次，至產物中不再含有Ca2+、CO:等離子為止；(6)洗淨的產物置於乾燥器中乾燥，得到白色粉體則為碳酸鈣納米組裝球。
全文摘要
本發明公開了一種碳酸鈣/鎳複合導電粉體及其製備方法。本發明採用在碳酸鈣納米組裝球表面進行原位還原的方法進行製備，將相應的碳酸鈣納米組裝球、鎳源投入反應器中，以水為介質，加入適量的偶聯劑，通過調節體系的溫度與pH值，使體系發生原位還原反應；充分反應後，將得到的產物經過抽濾、洗滌、乾燥等處理過程後，成功的製備出碳酸鈣/鎳複合導電粉體。製得的導電粉體具有分散性好，粒徑小且大小分布均勻，導電性能優良，化學穩定性高等優點，可廣泛應用於抗靜電材料和防電暈塗料等諸多領域。
文檔編號B22F9/24GK101923907SQ201010255760
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月11日 優先權日2010年8月11日
發明者馮淑慧, 楊小紅, 汪江節, 陳建兵 申請人:池州學院