專利名稱：一種碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體及其制備方 法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著社會科技的不斷進步，人們對導(dǎo)電功能材料的要求也逐步提高。導(dǎo)電 粉體作為一種重要的導(dǎo)電功能材料，被廣泛應(yīng)用石油、化工、通信、電子、汽車和陶瓷等多種 領(lǐng)域。傳統(tǒng)的常用導(dǎo)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(dǎo)電粉體的主要缺點是分散性差、色 調(diào)單一、生產(chǎn)和使用易玷污工作環(huán)境；金屬系導(dǎo)電粉體存在價格昂貴，生產(chǎn)成本高，耐候性 不佳等諸多不足；而金屬氧化物系粉體由于導(dǎo)電性能差，易發(fā)生沉淀分層而在實際應(yīng)用中 較為少見。因此，開發(fā)一種價格低廉，具備良好導(dǎo)電性能，耐候性好的導(dǎo)電粉體就具有非常 現(xiàn)實的意義。目前，雖然關(guān)于各系導(dǎo)電粉體的制備及研究報道已有很多(中國專利 CN200710035919. 4 ；中國專利 CN200410021990. 3 ；羅重霄，等，物理化學(xué)學(xué)報，2008，24 (6) 1007-1011等)。可是，這些方法并未從根本上解決現(xiàn)有導(dǎo)電粉體性能的不足，而且普遍存 在制備工藝復(fù)雜、生產(chǎn)成本過高等不足，制約了這些導(dǎo)電粉體在工業(yè)上進一步應(yīng)用的可能。 在已出現(xiàn)的諸多報道中，鎳系金屬粉體由于其具有優(yōu)良的理化及導(dǎo)電性能，且價格相較其 它金屬粉體要低，成為了現(xiàn)今使用量最大的導(dǎo)電粉體之一。但這些研究報道往往將目光注 意在提高鎳系導(dǎo)電粉體的導(dǎo)電性和耐候性上(中國專利CN200710066392. 1)，對于如何降 低導(dǎo)電粉體的生產(chǎn)成本，節(jié)約寶貴的金屬資源等與生產(chǎn)息息相關(guān)的環(huán)節(jié)上，則很少涉及。而 隨著鎳系導(dǎo)電粉體的應(yīng)用范圍及用量的不斷擴大，我國的鎳資源儲備越發(fā)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(chǎn)成本，開展新型鎳系復(fù)合導(dǎo)電粉體的研 制，就成為一項極具理論研究與實際應(yīng)用價值的工作。本發(fā)明針對現(xiàn)有鎳系導(dǎo)電粉體制備現(xiàn)狀的不足，創(chuàng)造性地提出了一種新的碳酸鈣 /鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體的制備方法，即采用在碳酸鈣納米組裝球表面進行原位還原的方法進行 制備(如說明書附

圖1所示)。該方法著眼于提高碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體的導(dǎo)電性和分 散性，在保證碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體達到抗靜電粉體對導(dǎo)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(chǎn)成本，使得碳酸鈣/鎳復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化成為 了可能；而且，反應(yīng)中不添加任何有機溶劑，在降低生產(chǎn)成本的同時也符合綠色化學(xué)要求。 本發(fā)明巧妙地將高活性碳酸鈣納米組裝球與金屬鎳有機結(jié)合，利用碳酸鈣納米組裝球的高 吸附能力，采用原位還原的制備方法，成功得到了結(jié)構(gòu)可控、性能穩(wěn)定的碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo) 電粉體。同時，偶聯(lián)劑的使用對提高復(fù)合導(dǎo)電粉體的持久穩(wěn)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復(fù)合導(dǎo)電粉體在反應(yīng)速率、產(chǎn)物導(dǎo)電性、分散性及環(huán)境友好性 等方面，是現(xiàn)有鎳系金屬粉體制備方法所難以企及的。由于本發(fā)明采用的制備方法具有設(shè)備簡單、合成效率高、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)物分散性好、導(dǎo)電性佳和對環(huán)境友好等特點，因此，具有很強的工業(yè)可行性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體及其制備方法，用來制備具有 良好導(dǎo)電性能的低密度導(dǎo)電粉體，提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性及耐候性；采用本發(fā)明提供的 制備方法，所獲得的碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體，具有原料來源廣泛、生產(chǎn)成本低廉、導(dǎo)電性 能優(yōu)良，耐候性好等優(yōu)點。同時，本方法不產(chǎn)生任何有害廢料，可以節(jié)省資源，降低對環(huán)境的 污染，符合低碳經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟策略要求。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體，其特征在于通過以下方法制得，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(yīng)器中，以水為 介質(zhì)，充分?jǐn)嚢柚馏w系均勻，碳酸鈣納米組裝球和鎳源的質(zhì)量之比為100 (0.1-1);(2)向體系中緩慢滴加作為偶聯(lián)劑的硅酸鈉水溶液，滴加完畢后保持體系靜置，偶 聯(lián)劑的加入質(zhì)量為碳酸鈣納米組裝球和鎳源總質(zhì)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(diào)節(jié)體系溫度，水合胼的加入質(zhì)量為 碳酸鈣納米組裝球和鎳源總質(zhì)量的1. 0-5. 0倍，體系的反應(yīng)溫度60-90°C ；(4)然后加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至體系開始發(fā)生原位還原反應(yīng)，體系發(fā)生原位還 原反應(yīng)的PH值pH彡13 ；(5)待體系完全反應(yīng)后，抽濾、洗滌、烘干即可獲得黑色碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體。所述的碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體，其特征在于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/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體，其特征在于所述的碳酸鈣納米組裝球的制備 方法如下(1)取表面平整光滑的玻璃片浸沒于膠棉液中，重復(fù)提拉，自然干燥，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(yīng)器中，將反應(yīng)器分隔成兩部分；(3)按下列比例進行反應(yīng)將 20mL 0. 10mol/L Na2CO3 溶液和 20mL 0. 10mol/L CaCl2溶液分別置于隔膜組裝體系的兩側(cè)，室溫下反應(yīng)20-22h ；(4)分離反應(yīng)產(chǎn)物；(5)再用去離子水洗滌分離產(chǎn)物數(shù)次，至產(chǎn)物中不再含有Ca2+、CO/—等離子為止；(6)洗凈的產(chǎn)物置于干燥器中干燥，得到白色粉體則為碳酸鈣納米組裝球。本發(fā)明得到的復(fù)合材料，顏色為黑色，電阻率完全滿足抗靜電粉體的要求，并具有 良好的分散性。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、首次提出利用原位還原的方法制備出了碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體。該復(fù)合材料 具有純度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、粒徑小且均一、導(dǎo)電性佳、無團聚現(xiàn)象、易于分散等優(yōu)點；同單質(zhì)金 屬鎳相比，在保證導(dǎo)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 拓展復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，減少其在實際使用過程中的用量，提高該復(fù)合導(dǎo)電粉體的經(jīng)濟附加值是十分有意義的。2、偶聯(lián)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(jié)合在一起， 不僅增加了復(fù)合導(dǎo)電粉體表層金屬鎳的厚度，而且使金屬鎳與碳酸鈣之間結(jié)合得更加穩(wěn)定。3、利用本發(fā)明提供的原位還原法，不但在制備過程中無任何有機試劑的添加，符 合綠色化學(xué)要求，而且反應(yīng)效率大幅提高，大大節(jié)約了生產(chǎn)成本，具備很強的工業(yè)可行性。說明書附1為本發(fā)明的碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)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(fā)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%的硅酸鈉水溶液作為偶聯(lián)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(zhì)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(diào)節(jié)并保持體系pH = 14，將吸 附的鎳離子進行原位還原反應(yīng)，并包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應(yīng)后，將所得產(chǎn)物抽 濾、洗滌、烘干，即可獲得黑色碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體；產(chǎn)物具有很好的導(dǎo)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%的硅酸鈉水溶液作為偶聯(lián)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(zhì)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(diào)節(jié)并保持體系pH = 14， 將吸附的鎳離子進行原位還原反應(yīng)，并包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應(yīng)后，將所得產(chǎn) 物抽濾、洗滌、烘干，即可獲得黑色碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體；產(chǎn)物具有很好的導(dǎo)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%的硅酸鈉水溶液作為偶聯(lián)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(zhì)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(diào)節(jié)并保持體系pH = 13，將吸 附的鎳離子進行原位還原反應(yīng)，并包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應(yīng)后，將所得產(chǎn)物抽 濾、洗滌、烘干，即可獲得黑色碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體；產(chǎn)物具有很好的導(dǎo)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%的硅酸鈉水溶液作為偶聯(lián)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(zhì)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(diào)節(jié)并保持體系pH = 14，將吸附的鎳離子進行原位還原 反應(yīng)，并包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應(yīng)后，將所得產(chǎn)物抽濾、洗滌、烘干等，即可獲 得黑色碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體；產(chǎn)物具有很好的導(dǎo)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%的硅酸鈉水溶液作為偶聯(lián)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(zhì)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(diào)節(jié)并保持體系pH = 13，將吸附的鎳離子進行原位還原 反應(yīng)，并包覆在碳酸鈣的表面；待體系充分反應(yīng)后，將所得產(chǎn)物抽濾、洗滌、烘干，即可獲得 黑色碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體；產(chǎn)物具有很好的導(dǎo)電性和分散性，電阻率約為300 Ω/cm。
權(quán)利要求
一種碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體，其特征在于通過以下方法制得，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(yīng)器中，以水為介質(zhì)，充分?jǐn)嚢柚馏w系均勻，碳酸鈣納米組裝球和鎳源的質(zhì)量之比為100∶(0.1 1)；(2)向體系中緩慢滴加作為偶聯(lián)劑的硅酸鈉水溶液，滴加完畢后保持體系靜置，偶聯(lián)劑的加入質(zhì)量為碳酸鈣納米組裝球和鎳源總質(zhì)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(diào)節(jié)體系溫度，水合肼的加入質(zhì)量為碳酸鈣納米組裝球和鎳源總質(zhì)量的1.0 5.0倍，體系的反應(yīng)溫度60 90℃；(4)然后加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至體系開始發(fā)生原位還原反應(yīng)，體系發(fā)生原位還原反應(yīng)的pH值pH≥13；(5)待體系完全反應(yīng)后，抽濾、洗滌、烘干即可獲得黑色碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體，其特征在于所述的鎳源選自硫 酸鎳、氯化鎳中的一種或兩種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體，其特征在于所述的碳酸鈣納米 組裝球的制備方法如下(1)取表面平整光滑的玻璃片浸沒于膠棉液中，重復(fù)提拉，自然干燥，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(yīng)器中，將反應(yīng)器分隔成兩部分；(3)按下列比例進行反應(yīng)將20mL0. 10mol/L Na2CO3溶液和20mL 0. 10mol/L CaCl2溶 液分別置于隔膜組裝體系的兩側(cè)，室溫下反應(yīng)20-22h ；(4)分離反應(yīng)產(chǎn)物；(5)再用去離子水洗滌分離產(chǎn)物數(shù)次，至產(chǎn)物中不再含有Ca2+、CO:等離子為止；(6)洗凈的產(chǎn)物置于干燥器中干燥，得到白色粉體則為碳酸鈣納米組裝球。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體及其制備方法。本發(fā)明采用在碳酸鈣納米組裝球表面進行原位還原的方法進行制備，將相應(yīng)的碳酸鈣納米組裝球、鎳源投入反應(yīng)器中，以水為介質(zhì)，加入適量的偶聯(lián)劑，通過調(diào)節(jié)體系的溫度與pH值，使體系發(fā)生原位還原反應(yīng)；充分反應(yīng)后，將得到的產(chǎn)物經(jīng)過抽濾、洗滌、干燥等處理過程后，成功的制備出碳酸鈣/鎳復(fù)合導(dǎo)電粉體。制得的導(dǎo)電粉體具有分散性好，粒徑小且大小分布均勻，導(dǎo)電性能優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于抗靜電材料和防電暈涂料等諸多領(lǐng)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(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者馮淑慧, 楊小紅, 汪江節(jié), 陳建兵 申請人:池州學(xué)院