专利名称：一种纳米材料固液分离、分散和干燥方法
技术领域：
本发明的一种纳米材料固液分离、分散和干燥方法，属纳米材料技术领域。
背景技术：
纳米材料在液相中受到范德华力、液桥力等引力的作用，极易形成难以分散的软团聚体；在干燥过程中，由于液体表面张力作用，纳米颗粒形成硬团聚体。同时，纳米材料粒径小，易与溶液中的水形成氢键，工业化生产分离设备投资高、生产效率低。因此，纳米材料工业生产的关键技术之一是如何解决纳米材料固液分离效率低、干燥过程团聚的问题。例如纳米氢氧化铜和纳米氢氧化镁的溶液粘性大，洗涤、分离等后处理操作困难，降低了生产效率，成为工业生产的一个技术瓶颈。本发明针对纳米氢氧化铜、氢氧化镁分别作为农药杀菌剂和塑胶填充剂的具体应用，设计了一种新的分离干燥工艺，解决了它们在固液分离、分散和干燥过程中的技术难题。
波尔多液是一种铜制剂，较早的应用于苹果、葡萄、梨、柑橘等果树作物，具有较好的杀菌防治效果，在我国至今仍是主要的果树杀菌剂。但波尔多液存在很多缺陷如悬浮率极低、容易产生药害、用量大、喷洒劳动强度高、土地碱化等。纳米氢氧化铜制剂的出现使上述问题迎刃而解，因此可以取代几百年来一直使用的波尔多液。此外，氢氧化铜是我国农业部推荐使用的杀菌剂品种，可以广泛应用于蔬菜、茶叶和农作物的病菌防治，因此纳米氢氧化铜在国内有很大的潜在市场。纳米氢氧化铜也是欧洲各国提倡的绿色环保保护性杀菌剂，在国际农药市场上也具有良好的市场前景。
纳米氢氧化镁也具有广泛的应用前景，特别适合制作各种低烟阻燃电线、电缆及轻质、高强、阻燃部件。其具有以下特点具有较好的抑烟作用，抑烟能力优于氢氧化铝。氢氧化镁的热分解温度为340～490℃，比氢氧化铝高出100℃，能承受更高的加工温度，满足许多树脂材料的混炼加工成型，有利于加快挤出速度，缩短模塑时间。氢氧化镁的分解能(1.37KJ/g)比纳米氢氧化铝的分解能(1.17KJ/g)高，热容也高17％，有助于提高阻燃效率。氢氧化镁在燃烧时对聚合物的炭化作用比氢氧化铝大，阻燃熔滴比氢氧化铝好等优点。随着环保要求日益加强，氢氧化镁显示出强大竞争力和发展潜力，成为无机阻燃剂中的优秀品种。纳米氢氧化镁还能用于增粘涂料、作轻型建筑材料、绝缘材料、保温隔热材料、各种试剂和过滤材料等，具有很好的深度开发和有广阔的应用前景。
发明内容
一般在可湿性粉剂、塑胶生产中，先对纳米氢氧化铜、纳米氢氧化镁进行表面改性提高它们的分散性或与高聚物的相容性。例如传统的纳米氢氧化铜、纳米氢氧化镁生产工艺一般是分别对填充剂进行表面改性后再进行混合加工或填充到高聚物中。本发明改变该传统生产工艺，先将载体与制备的纳米材料充分液相混合，在超声力的作用下纳米材料粘附在载体上，形成纳米颗粒对微颗粒的包覆，再对混合体进行湿法表面改性。例如，一般在塑料制备中添加CaCO3作为填充剂，添加氢氧化镁作为无机阻燃剂。传统工艺是先分别对CaCO3及氢氧化镁进行改性后再混合、填充。本发明则先将微米碳酸钙与纳米氢氧化镁液体充分混合，未经改性的纳米材料比表面积大，吸附力强，可以较牢固的吸附在碳酸钙表面；碳酸钙粒径大，不易发生团聚，分散效果好。这种吸附降低了纳米氢氧化镁的团聚性，同时也改善了纳米氢氧化镁同填充剂的分散性。同时，由于载体/填充剂的颗粒粒径大，在离心分离过程中，纳米/微米复合体受到的离心力大，加速了分散在液体中的纳米固体颗粒的沉降速度，起到沉淀絮凝剂的作用，使纳米颗粒的分离在现有的分离设备得以顺利进行。且混合后再进行表面改性，阻燃剂、填充物与高聚物的相容性提高了。在干燥过程中，载体/填充剂相当于惰性介质，阻碍了纳米材料的硬团聚。因此，无机物在高聚物中的分散性好。
本发明的一种纳米材料固液分离、分散和干燥方法。该方法克服了纳米氢氧化铜、氢氧化镁在液相中的团聚问题；解决了现有的分离设备处理纳米材料分离效率低的技术难题；避免了纳米氢氧化铜、氢氧化镁在干燥过程中的纳米颗粒硬团聚现象，同时提高纳米颗粒和惰性载体/填充剂相互分散性。该方法适用于工业化生产。
为解决上述技术问题，其技术解决方案是本发明的纳米材料固液分离、分散和干燥工艺过程为把制备的纳米氢氧化铜/氢氧化镁混合物用水洗涤掉反应中的副产物后，把不同目数的惰性载体/填充剂按照产品的试剂/填充剂质量比要求直接加入到液相中，进行超声混合分散。在超声波的作用下，纳米材料均匀的分散黏结在惰性载体/填充剂表面；根据产品不同的要求参数，用选择不同的表面改性进行湿法改性。改性的固液混和物利用离心机分离后干燥，即可制备出纳米颗粒和微米载体均匀的混和分散体。
所述的纳米氢氧化铜溶液、纳米氢氧化镁溶液中，固体质量含量为20％～75％。
所述的纳米氢氧化铜载体、纳米氢氧化镁可以为白碳黑、硅藻土、膨润土、高岭土、凸凹棒、轻质碳酸钙等载体的一种或多种的混和体，其粒径可以控制在325～1250目，其加入的质量比根据产品的有效成分含量添加，质量比控制在40％～60％。
所述的载体/填充剂是预先加入到纳米材料的液体中，进行超声分散，分散时间为10～30min。
所述纳米氢氧化铜、纳米氢氧化镁溶液的改性剂可以选择壬基酚聚氧乙烯醚(NP-5，NP-10)、十二烷基硫酸钠(SDS)，木质素磺酸钠、PVP、OP系列2种以上的改性剂和KX-5040分散剂和硅烷消泡剂。
所述纳米材料可以是一种纳米材料与一种微米颗粒填充剂的混合，也可以是一种纳米材料与多种微米颗粒填充剂的混合；可以是多种纳米材料与一种微米颗粒填充剂的混合，也可以是多种纳米材料与多种微米颗粒填充剂的混合。
所述的表面活性剂的添加量在0.5％～3％。
所述的表面活性剂的表面改性是在高速剪切机中完成的，剪切速度为5000～12000转/min。
所述的离心分离是在离心速率为1800～4000转/min的设备上完成的。
具体实施例方式
实施例一纳米氢氧化铜可湿性粉剂原药的制备取氢氧化铜原油200ml(固体质量15％)置于烧杯中；加入1250目的硅藻土、高岭土各30克，超声分散15分钟。加入OP-10 3～9mL、聚乙醇10000 4～8克，十二烷基硫酸钠6～10克。混合液体温度控制在65℃。高速剪切进行改性，剪切速度为8000转/min，剪切改性10分钟后在三足式离心分离机在4000转/min分离后分离、105°℃下放入干燥箱内干燥。
实施例二聚乙烯用纳米氢氧化镁复合阻燃填充剂的制备取纳米氢氧化镁原液100mL(固体质量20％)置于烧杯中；加入325目的轻质碳酸钙30克，超声分散10分钟。加入硬脂钠4～8克，十二烷基硫酸钠2～6克。混合液体温度控制在80℃。高速剪切进行改性，剪切速度为6000转/min，，剪切改性15分钟后在三足式离心分离机在3000转/min分离后分离、105°℃下放入干燥箱内干燥。
权利要求
1.本发明的一种纳米材料固液分离、分散和干燥方法，该方法的特征是1)克服了纳米氢氧化铜、氢氧化镁在液相中范德华力、液桥力、氢键等引力造成的团聚问题；2)解决了纳米材料分离过程中现有的分离设备分离效率低的技术难题；3)避免了纳米氢氧化铜、氢氧化镁在干燥过程中的纳米颗粒硬团聚现象。4)提高纳米颗粒和惰性载体/填充剂相互分散性。本发明与其它纳米材料分散方法相比，具有工艺简单、无需复杂设备、生产效高、成本低等优点，并且可以应用于多种纳米材料的分散，适用于工业化生产。
2.根据权利要求1所述的纳米材料的分散方法，其特征在于把惰性微米载体/填充剂预先加入到纳米液体中，进行超声混合分散，在超声波的作用下，纳米材料均匀的分散包裹在惰性载体/填充剂表面，实现纳米材料对微米颗粒的黏附；用表面改性剂进行改性，离心分离后干燥。
3.根据权利要求2所述的纳米材料的分散方法，其特征在于微米载体/填充剂可以是一种，也可以是多种。
4.根据权利要求2所述的纳米材料的分散方法，其特征在于纳米材料可以是一种，也可以是多种。
5.根据权利要求1所述的纳米材料可以是零维纳米材料、一维纳米材料或二维纳米材料；可以是无机纳米材料也可为有机纳米材料。
6.根据权利要求1所述的纳米材料的分散方法，其特征在于微米载体/填充剂和纳米材料充分的分散，在干燥过程，微米材料充当惰性分散介质的作用，干燥后，混和粉体无硬团聚。
7.根据权利要求1至5所述的纳米材料与微米载体/填充剂的比例不大于0.6。
8.根据权利要求1至6所述的纳米材料的分散方法，其特征在于微米颗粒在分散过程中起到沉淀剂的作用，加速了固液纳米材料的沉降速度，不仅可以在现有的离心设备分离，并且分离效率高。
全文摘要
本发明的一种纳米材料固液分离、分散和干燥方法，属纳米材料技术领域。本发明纳米材料固液分离、分散和干燥工艺过程为在纳米氢氧化铜、氢氧化镁液相合成、洗涤后，把惰性载体/填充剂直接加入到液相中，进行超声混合分散。在超声波的作用下，纳米材料均匀地分散包裹在惰性载体/填充剂表面；用表面改性剂进行改性，离心分离后干燥。该方法的特点是1)克服了纳米氢氧化铜、氢氧化镁在液相中范德华力、液桥力等引力造成的团聚问题；2)解决了纳米材料分离过程中现有的分离设备分离效率低的技术难题；3)避免了纳米氢氧化铜、氢氧化镁在干燥过程中的纳米颗粒硬团聚现象，同时提高纳米颗粒和惰性载体/填充剂相互分散性。与其它纳米材料分散方法相比，此方法具有工艺简单、无需复杂设备、生产效率高、成本低等优点，并且可以应用于多种纳米材料的分离、分散和干燥，适用于工业化生产。
文档编号C09C3/00GK101089054SQ20061009148
公开日2007年12月19日 申请日期2006年6月15日 优先权日2006年6月15日
发明者王积森, 孙金全, 吴秀春, 张国松, 刘美淋, 张洪云 申请人:山东科技大学