CN101923907A - 一种碳酸钙/镍复合导电粉体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳酸钙/镍复合导电粉体及其制备方法。本发明采用在碳酸钙纳米组装球表面进行原位还原的方法进行制备，将相应的碳酸钙纳米组装球、镍源投入反应器中，以水为介质，加入适量的偶联剂，通过调节体系的温度与pH值，使体系发生原位还原反应；充分反应后，将得到的产物经过抽滤、洗涤、干燥等处理过程后，成功的制备出碳酸钙/镍复合导电粉体。制得的导电粉体具有分散性好，粒径小且大小分布均匀，导电性能优良，化学稳定性高等优点，可广泛应用于抗静电材料和防电晕涂料等诸多领域。
Description
技术领域
本发明属于无机化学领域，具体涉及一种碳酸钙/镍复合导电粉体及其制备方法。
背景技术
近年来，随着社会科技的不断进步，人们对导电功能材料的要求也逐步提高。导电粉体作为一种重要的导电功能材料，被广泛应用石油、化工、通信、电子、汽车和陶瓷等多种领域。传统的常用导电粉体有碳系(碳黑、石墨、乙炔黑和碳纤维等)，金属系(金属粉体和金属纤维等)和金属氧化物系(ATO和ZAO等)。碳系导电粉体的主要缺点是分散性差、色调单一、生产和使用易玷污工作环境；金属系导电粉体存在价格昂贵，生产成本高，耐候性不佳等诸多不足；而金属氧化物系粉体由于导电性能差，易发生沉淀分层而在实际应用中较为少见。因此，开发一种价格低廉，具备良好导电性能，耐候性好的导电粉体就具有非常现实的意义。
目前，虽然关于各系导电粉体的制备及研究报道已有很多(中国专利CN200710035919.4；中国专利CN200410021990.3；罗重霄，等，物理化学学报，2008，24(6)：1007-1011等)。可是，这些方法并未从根本上解决现有导电粉体性能的不足，而且普遍存在制备工艺复杂、生产成本过高等不足，制约了这些导电粉体在工业上进一步应用的可能。在已出现的诸多报道中，镍系金属粉体由于其具有优良的理化及导电性能，且价格相较其它金属粉体要低，成为了现今使用量最大的导电粉体之一。但这些研究报道往往将目光注意在提高镍系导电粉体的导电性和耐候性上(中国专利CN200710066392.1)，对于如何降低导电粉体的生产成本，节约宝贵的金属资源等与生产息息相关的环节上，则很少涉及。而随着镍系导电粉体的应用范围及用量的不断扩大，我国的镍资源储备越发显得相对不足。因此，为了合理减少金属镍的使用量，有效控制生产成本，开展新型镍系复合导电粉体的研制，就成为一项极具理论研究与实际应用价值的工作。
本发明针对现有镍系导电粉体制备现状的不足，创造性地提出了一种新的碳酸钙/镍复合导电粉体的制备方法，即采用在碳酸钙纳米组装球表面进行原位还原的方法进行制备(如说明书附图1所示)。该方法着眼于提高碳酸钙/镍复合导电粉体的导电性和分散性，在保证碳酸钙/镍复合导电粉体达到抗静电粉体对导电性能的要求的前提下，大大减少了金属镍的使用量，有效地控制了生产成本，使得碳酸钙/镍复合材料的产业化成为了可能；而且，反应中不添加任何有机溶剂，在降低生产成本的同时也符合绿色化学要求。本发明巧妙地将高活性碳酸钙纳米组装球与金属镍有机结合，利用碳酸钙纳米组装球的高吸附能力，采用原位还原的制备方法，成功得到了结构可控、性能稳定的碳酸钙/镍复合导电粉体。同时，偶联剂的使用对提高复合导电粉体的持久稳定、耐候等性能具有十分积极的作用。这种原位还原法获得的复合导电粉体在反应速率、产物导电性、分散性及环境友好性等方面，是现有镍系金属粉体制备方法所难以企及的。
由于本发明采用的制备方法具有设备简单、合成效率高、生产成本低、产物分散性好、导电性佳和对环境友好等特点，因此，具有很强的工业可行性。
发明内容
本发明的目的是提供一种碳酸钙/镍复合导电粉体及其制备方法，用来制备具有良好导电性能的低密度导电粉体，提高复合材料的热稳定性及耐候性；采用本发明提供的制备方法，所获得的碳酸钙/镍复合导电粉体，具有原料来源广泛、生产成本低廉、导电性能优良，耐候性好等优点。同时，本方法不产生任何有害废料，可以节省资源，降低对环境的污染，符合低碳经济和可持续发展经济策略要求。
本发明的技术方案如下：
一种碳酸钙/镍复合导电粉体，其特征在于：通过以下方法制得，具体包括如下步骤：
(1)将一定比例的碳酸钙纳米组装球与作为镍源的原材料投入反应器中，以水为介质，充分搅拌至体系均匀，碳酸钙纳米组装球和镍源的质量之比为100∶(0.1-1)；
(2)向体系中缓慢滴加作为偶联剂的硅酸钠水溶液，滴加完毕后保持体系静置，偶联剂的加入质量为碳酸钙纳米组装球和镍源总质量的0.05-0.5wt％；
(3)再在搅拌的条件下向体系中滴加水合肼，调节体系温度，水合肼的加入质量为碳酸钙纳米组装球和镍源总质量的1.0-5.0倍，体系的反应温度：60-90℃；
(4)然后加入NaOH溶液调节pH值至体系开始发生原位还原反应，体系发生原位还原反应的pH值：pH≥13；
(5)待体系完全反应后，抽滤、洗涤、烘干即可获得黑色碳酸钙/镍复合导电粉体。
所述的碳酸钙/镍复合导电粉体，其特征在于：所述的镍源选自硫酸镍、氯化镍中的一种或两种。
所述的碳酸钙/镍复合导电粉体，其特征在于：所述的碳酸钙纳米组装球的制备方法如下：
(1)取表面平整光滑的玻璃片浸没于胶棉液中，重复提拉，自然干燥，得厚度均匀0.18-0.22mm的胶棉膜模板；
(2)将步骤(1)获得的半透膜固定在反应器中，将反应器分隔成两部分；
(3)按下列比例进行反应：将20mL 0.10mol/L Na2CO3溶液和20mL 0.10mol/L CaCl2溶液分别置于隔膜组装体系的两侧，室温下反应20-22h；
(4)分离反应产物；
(5)再用去离子水洗涤分离产物数次，至产物中不再含有Ca2+、CO3 2-等离子为止；
(6)洗净的产物置于干燥器中干燥，得到白色粉体则为碳酸钙纳米组装球。
本发明得到的复合材料，颜色为黑色，电阻率完全满足抗静电粉体的要求，并具有良好的分散性。
本发明具有如下优点：
1、首次提出利用原位还原的方法制备出了碳酸钙/镍复合导电粉体。该复合材料具有纯度高、结构稳定、粒径小且均一、导电性佳、无团聚现象、易于分散等优点；同单质金属镍相比，在保证导电性能满足抗静电要求的前提下，其密度更是有了大幅度的降低，这对拓展复合材料的应用范围，减少其在实际使用过程中的用量，提高该复合导电粉体的经济附加值是十分有意义的。
2、偶联剂的加入，使得碳酸钙纳米组装球与镍离子可以较为牢固的结合在一起，不仅增加了复合导电粉体表层金属镍的厚度，而且使金属镍与碳酸钙之间结合得更加稳定。
3、利用本发明提供的原位还原法，不但在制备过程中无任何有机试剂的添加，符合绿色化学要求，而且反应效率大幅提高，大大节约了生产成本，具备很强的工业可行性。
说明书附图
图1为本发明的碳酸钙/镍复合导电粉体合成示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
取碳酸钙纳米组装球10g，加入0.1mL 5％的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中加入2mol/L的NiSO4·6H2O溶液50mL，搅拌10min，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使其达到吸附饱和；水合肼的密度为1.03g/mL，按照加入水合肼的质量为30g称取水合肼29mL，向体系中逐滴加入，保持体系温度为70℃，使用NaOH溶液调节并保持体系pH＝14，将吸附的镍离子进行原位还原反应，并包覆在碳酸钙的表面；待体系充分反应后，将所得产物抽滤、洗涤、烘干，即可获得黑色碳酸钙/镍复合导电粉体；产物具有很好的导电性和分散性，电阻率约为150Ω/cm。
实施例2
取碳酸钙纳米组装球10g，加入0.5mL 5％的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中加入2mol/L的NiSO4·6H2O溶液100mL，搅拌10min，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使其达到吸附饱和；水合肼的密度为1.03g/mL，按照加入水合肼的质量为12g称取水合肼12mL，向体系中逐滴加入，保持体系温度为70℃，使用NaOH溶液调节并保持体系pH＝14，将吸附的镍离子进行原位还原反应，并包覆在碳酸钙的表面；待体系充分反应后，将所得产物抽滤、洗涤、烘干，即可获得黑色碳酸钙/镍复合导电粉体；产物具有很好的导电性和分散性，电阻率约为120Ω/cm。
实施例3
取碳酸钙纳米组装球10g，加入1.0mL 5％的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中加入2mol/L的NiCl2·6H2O溶液40mL，搅拌10min，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使其达到吸附饱和；水合肼的密度为1.03g/mL，按照加入水合肼的质量为50g称取水合肼49mL，向体系中逐滴加入，保持体系温度为90℃，使用NaOH溶液调节并保持体系pH＝13，将吸附的镍离子进行原位还原反应，并包覆在碳酸钙的表面；待体系充分反应后，将所得产物抽滤、洗涤、烘干，即可获得黑色碳酸钙/镍复合导电粉体；产物具有很好的导电性和分散性，电阻率约为250Ω/cm。
实施例4
取碳酸钙纳米组装球10g，加入0.1mL 5％的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中加入2mol/L的NiSO4·6H2O溶液100mL，搅拌10min，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使其达到吸附饱和；按照加入水合肼的质量为20g称取水合肼19mL，向体系中逐滴加入，保持体系温度为60℃，使用NaOH溶液调节并保持体系pH＝14，将吸附的镍离子进行原位还原反应，并包覆在碳酸钙的表面；待体系充分反应后，将所得产物抽滤、洗涤、烘干等，即可获得黑色碳酸钙/镍复合导电粉体；产物具有很好的导电性和分散性，电阻率约为170Ω/cm。
实施例5
取碳酸钙纳米组装球10g，加入0.1mL 5％的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中加入2mol/L的NiCl2·6H2O溶液100mL，搅拌10min，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使其达到吸附饱和；按照加入水合肼的质量为30g称取水合肼29mL，向体系中逐滴加入，保持体系温度为90℃，使用NaOH溶液调节并保持体系pH＝13，将吸附的镍离子进行原位还原反应，并包覆在碳酸钙的表面；待体系充分反应后，将所得产物抽滤、洗涤、烘干，即可获得黑色碳酸钙/镍复合导电粉体；产物具有很好的导电性和分散性，电阻率约为300Ω/cm。
Claims (3)
1.一种碳酸钙/镍复合导电粉体，其特征在于：通过以下方法制得，具体包括如下步骤：
(1)将一定比例的碳酸钙纳米组装球与作为镍源的原材料投入反应器中，以水为介质，充分搅拌至体系均匀，碳酸钙纳米组装球和镍源的质量之比为100∶(0.1-1)；
(2)向体系中缓慢滴加作为偶联剂的硅酸钠水溶液，滴加完毕后保持体系静置，偶联剂的加入质量为碳酸钙纳米组装球和镍源总质量的0.05-0.5wt％；
(3)再在搅拌的条件下向体系中滴加水合肼，调节体系温度，水合肼的加入质量为碳酸钙纳米组装球和镍源总质量的1.0-5.0倍，体系的反应温度：60-90℃；
(4)然后加入NaOH溶液调节pH值至体系开始发生原位还原反应，体系发生原位还原反应的pH值：pH≥13；
(5)待体系完全反应后，抽滤、洗涤、烘干即可获得黑色碳酸钙/镍复合导电粉体。
2.根据权利要求1所述的碳酸钙/镍复合导电粉体，其特征在于：所述的镍源选自硫酸镍、氯化镍中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的碳酸钙/镍复合导电粉体，其特征在于：所述的碳酸钙纳米组装球的制备方法如下：
(1)取表面平整光滑的玻璃片浸没于胶棉液中，重复提拉，自然干燥，得厚度均匀0.18-0.22mm的胶棉膜模板；
(2)将步骤(1)获得的半透膜固定在反应器中，将反应器分隔成两部分；
(3)按下列比例进行反应：将20mL 0.10mol/L Na2CO3溶液和20mL 0.10mol/L CaCl2溶液分别置于隔膜组装体系的两侧，室温下反应20-22h；
(4)分离反应产物；
(5)再用去离子水洗涤分离产物数次，至产物中不再含有Ca2+、CO3 2-等离子为止；
(6)洗净的产物置于干燥器中干燥，得到白色粉体则为碳酸钙纳米组装球。
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2010
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