专利名称：一种碳酸钙/镍复合导电粉体及其制备方法
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(ΑΤΟ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，充分搅拌至体系均勻，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胼，调节体系温度，水合胼的加入质量为 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°C ；(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彡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，得厚度均勻 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+、CO/—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。
具体实施例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. ImL 5%的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中 加入2mol/L的NiSO4 ·6Η20溶液50mL，搅拌lOmin，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使其 达到吸附饱和；水合胼的密度为1. 03g/mL，按照加入水合胼的质量为30g称取水合胼29mL， 向体系中逐滴加入，保持体系温度为70°C，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150 Ω/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 · 6H20溶液IOOmL,搅拌lOmin，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置 使其达到吸附饱和；水合胼的密度为1.03g/mL，按照加入水合胼的质量为12g称取水合胼 12mL,向体系中逐滴加入，保持体系温度为70°C，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120 Ω/cm。实施例3取碳酸钙纳米组装球10g，加入1. OmL 5%的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中 加入2mol/L的NiCl2 ·6Η20溶液40mL，搅拌lOmin，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使其 达到吸附饱和；水合胼的密度为1. 03g/mL，按照加入水合胼的质量为50g称取水合胼49mL， 向体系中逐滴加入，保持体系温度为90°C，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250 Ω/cm。实施例4取碳酸钙纳米组装球10g，加入0. ImL 5%的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中 加入2mol/L的NiSO4 ·6Η20溶液IOOmL,搅拌lOmin，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使 其达到吸附饱和；按照加入水合胼的质量为20g称取水合胼19mL，向体系中逐滴加入，保持体系温度为60°C，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170 Ω/cm。实施例5取碳酸钙纳米组装球10g，加入0. ImL 5%的硅酸钠水溶液作为偶联剂，再向其中 加入2mol/L的NiCl2 ·6Η20溶液IOOmL,搅拌lOmin，让镍离子被碳酸钙所吸附，充分静置使 其达到吸附饱和；按照加入水合胼的质量为30g称取水合胼29mL，向体系中逐滴加入，保持 体系温度为90°C，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300 Ω/cm。
权利要求
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，得厚度均勻 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20mL0. 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+、CO: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。
全文摘要
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。
文档编号B22F9/24GK101923907SQ201010255760
公开日2010年12月22日 申请日期2010年8月11日 优先权日2010年8月11日
发明者冯淑慧, 杨小红, 汪江节, 陈建兵 申请人:池州学院