一种重晶石复合导电材料的制备方法

专利名称：：一种重晶石复合导电材料的制备方法
技术领域：
：本发明涉及矿物作为基体的复合导电材料的制备，尤其涉及重晶石复合导电材料的制备方法。
背景技术：
：复合导电材料是以质轻、价廉、色浅的材料为基质，通过化学复合在基体表面形成导电性氧化层或用半导体掺杂处理，而制得一类具有导电功能性的粉末材料。这类复合导电材料根据基质的不同，可分为导电云母粉、导电钛白粉、导电硫酸钡和导电二氧化硅等，其外观一般呈灰白色或浅灰色粉末，具有色浅、导电性好、稳定性高、耐热、耐腐蚀、成本低等特点。也可与其它颜料配合，制成近白色等各种颜色的永久性导电、防静电涂料，可广泛应用于石油、化工、建材、电子、机电、汽车、医药等各个工业部门及人们日常生活的导电、防静电领域。现有的重晶石基体的复合导电材料主要有两类一类是由325目重晶石粉作基体，通过SnCU和SbCl3的水解反应，控制pH^.52.0，过滤、烘干后在75(TC下煅烧30min，制备重晶石表面包覆锑(Sb)掺杂Sn02的重晶石复合导电材料；另一类是由300目重晶石粉作基体，通过SnCU、SnCl2与NH4F的水解反应，控制pHi.52.5，过滤、烘干后在250500。C下煅烧60min，制备重晶石表面包覆氟(F)掺杂Sn02的重晶石复合导电材料(FSB)。这两种方法所用的重晶石基体粒度过大(4044pm)，形成的复合导电材料粒径大，影响在导电涂料、导电涂层中的使用效果；二是溶液化学反应的pH值较低，都小于2.5，实际操作中会影响水解速度，导致产物不易在重晶石表面吸附，很难达到均匀包覆的效果；三是水解反应中分散程度不够，也会影响反应进程和产物性能。此外，现有FSB制备方法中，由于焙烧温度低(小于500°C)，影响所形成的包覆层中Sn02的晶形完整性，从而导致粉末使用性能的稳定性不高。
发明内容本发明的目的在于改进现有的FSB制备方法，使制备得到的FSB材料颜色浅，导电性能更稳定，分散性强，应用性能更好；且在本方法中，可通过调整不同的重晶石的比例来获取具有不同导电性的FSB导电材料。本发明的详细方案为将高纯重晶石粉末湿法球磨至粒径为0.55.0^im，经过滤、干燥及研磨，取重晶石粉置于蒸馏水中使其固含量为30%，同时加入0.5%的聚乙二醇作分散剂；将20。/。的NH4F水溶液与0.2mol/L的SnOr4H20的乙醇溶液互溶，滴入重晶石粉末的蒸馏水中，控制F:Sn(按物质的量)为l:9950:50，同时滴加40。/。的氨水溶液控制pH值为35，控制反应温度为20。C60。C;滴定完成后，搅拌0.5lh，抽滤、烘干，然后在600。C900。C下焙烧0.52h，得到本发明的F掺杂Sn(VBaS04(FSB)复合导电材料。在本发明中，重晶石粉末粒径优选为2.1pm左右；滴定反应温度优选为50。C60。C，反应时间最好为3040min;焙烧优选温度为700。O800。C，焙烧时间优选为l2h。本发明中，制备导电粉末的重晶石基体必须预先经过湿法球磨，使粒度控制在一个较窄的范围内。球磨过程中，重晶石比例可调，但不宜过大，否则影响导电性。滴定过程的时间在3040min完成为最好，否则会引起重晶石基底表面氧化物颗粒分布不均。与现有的制备FSB的方法相比，本发明具有以下的优点(1)所用的重晶石基体粒度0.55^im,粒径小，制备的复合导电材料粒径小于l(Him，有助于粉末在导电涂料、导电橡胶中的分散性并改善应用性能；(2)水解反应的pH值控制在35，一方面有利于精确控制，另一方面可以加快水解速度，有利于金属氧化物在重晶石表面的均匀包覆；(3)水解反应时加入聚乙醇作分散剂，改善溶液反应体系的分散程度，有利于反应完整；(4)制备FSB时焙烧温度控制在600900。C，提高包覆层中Sn02晶形的完整性，可稳定复合导电材料的使用性能。图l:FSB复合导电材料的XRD图谱；图2:电阻率与氟的掺杂量的关系；图3:电阻率与不同重晶石粒径的关系。具体实施例方式重晶石原样2kg，在搅拌球磨机中球磨，球磨介质为氧化锆球，球料重量比为4:1，水料比为l:l，球磨时间为1.57.5h，获得粒径在0.5~5.0pm的重晶石粉。经过滤、干燥、研磨后备用。取固含量为30%的重晶石粉30g置于100mL的蒸馏水中，同时加入0.5。/。的聚乙二醇作为分散剂，以SnCl(4H20和NH4F为原料，预设SnCLr4H20:重晶石^5:85(质量比)，将0.2mol/L的SnCl4'4H20乙醇溶液与20%的NH4F水溶液混合，F:Sn(物质的量)分别为1:99、3:97、5:95、10:90、30:70和50:50。在不断搅拌的过程中，将SnCl4'4H20和NH4F的混合溶液滴加到盛有重晶石的蒸馏水中，同时滴加40%的氨水溶液控制相应的pH值为3，反应温度60°C，待反应完成后，搅拌0.5~lh，抽滤、干燥、研磨，在700°C下焙烧2h，得到本发明的FSB复合导电材料。在本发明的方法中，当F:Sn按物质的量比50:50,水解温度为60°C，pH=3，重晶石粒径为2.1pm左右，焙烧温度为700。C，焙烧时间为2h时制备得到的FSB复合导电材料的XRD图谱如图1所示。当水解温度为60。C，pH=3，重晶石粒径2.1(mi，焙烧温度为700°C，焙烧时间为2h时，制备过程中氟的掺杂量分别控制为F:Sn(物质的量^l:99、3:97、5:95、10:90、30:70和50:50时，制备得到的FSB复合导电材料的电阻率如表1所示。氟的掺杂量与制备得到的材料电阻率的关系曲线图如见图2。表l复合导电材料的电阻率与氟掺杂量的关系<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>在本发明的方法中，当F:Sn按物质的量比-50:50，水解温度为60°C，pH=3，焙烧温度为700。C，焙烧时间为2h时，分别用2.1pm、2.3pm、2.5pm、2.9pm、3.9師的重晶石制备FSB复合导电材料，所得到的FSB复合导电材料的电阻率分别为如表2所示。重晶石粒度与电阻率的关系曲线图见图3。表2复合导电材料的电阻率与重晶石粒径的关系<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>权利要求1.一种重晶石复合导电材料的制备方法，其特征在于将高纯重晶石粉末湿法球磨至粒径为0.5～5.0μm，经过滤、干燥及研磨，取重晶石粉置于蒸馏水中使其固含量为30％，同时加入0.5％的聚乙二醇作分散剂；将20％的NH4F水溶液与0.2mol/L的SnCl4·4H2O的乙醇溶液互溶，滴入重晶石粉末的蒸馏水中，控制F∶Sn(按物质的量)为1∶99～50∶50，同时滴加40％的氨水溶液控制pH值为3～5，控制滴定反应温度为20℃～60℃；滴定完成后，搅拌0.5～1h，抽滤、烘干，然后在600℃～900℃下焙烧0.5～2h。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述滴定反应温度为50。C60。C，反应时间为3040min。3.如权利要求l所述的方法，其特征在于焙烧温度为700。C800。C，焙烧时间为l~2h。4.如权利要求1~3所述之一的方法，其特征在于所述重晶石粉末粒径优选为2.1(im左右。全文摘要本发明公开了一种重晶石复合导电材料的制备方法，将高纯重晶石粉末湿法球磨至粒径为0.5～5.0μm，经过滤、干燥及研磨，取重晶石粉置于蒸馏水中，同时加入聚乙二醇作分散剂；将NH₄F水溶液与SnCl₄·4H₂O的乙醇溶液互溶，滴入重晶石粉末的蒸馏水中，按物质的量控制F∶Sn为1∶99～50∶50，同时控制pH值为3～5，反应温度为20℃～60℃；搅拌，抽滤、烘干，600℃～900℃下焙烧。本方法中，金属氧化物在重晶石表面包覆更加均匀，所制得的复合导电材料颜色浅，导电性能更稳定，分散性强，应用性能更好。文档编号H01B13/00GK101174496SQ200710035918公开日2008年5月7日申请日期2007年10月17日优先权日2007年10月17日发明者杨华明申请人:中南大学