一种球状纳米钛酸钾的制备方法与流程

本申请属于化工领域，特别涉及一种球状纳米钛酸钾的制备方法。

背景技术：

钛酸钾是指化学式为k2o·ntio2(n＝4、6、8)，经转靶x-射线粉末衍射仪测试为结晶态的物质。其中，n＝4时称之为四钛酸钾，n＝6时称之为六钛酸钾，n＝8时称之为八钛酸钾。n的不同，钛酸钾具有不同的结构和特性，用于不同的领域。四钛酸钾具有离子交换能力和高的化学特性，主要用于离子交换剂，核废料处理等前驱体；六钛酸钾和八钛酸钾结构类似，力学性能高，化学稳定性、耐热隔热性、耐磨性很好，性价比大，比表面积极大，主要用于复合材料的增强，改性工程塑料，增强陶瓷、金属、摩擦材料，还可用于隔热耐热材料、催化剂载体，热喷涂及红外线反射涂料。

钛酸钾摩擦材料是用作主要控制摩擦材料性能的摩擦控制剂，近年来有了较大的发展。由于含石棉的摩擦材料耐热性及摩擦磨损性能不佳，特别是在高温区耐磨性显著下降，引起刹车热衰退现象发生。加之众所周知石棉是致癌物质，易产生粉尘影响环保和人体健康，使用日益受到限制。在此情况下，迫切需要开发石棉的替代品。针对这一要求，已经提出摩擦材料使用无毒性钛酸钾晶须作为摩擦控制剂，并已主要广泛应用于汽车刹车片，这种摩擦材料优良的滑动性能和良好的制动效果，几乎不伤制动盘是有利的优点。然而，这种材料耐磨性能不够，尤其在高温区磨损速度较快。它们也不能使刹车时产生的制动噪音完全消除。而且由于钛酸钾晶须呈纤维状，流动性差，在制造摩擦材料时易出现沉积在进料通道的壁上和堵塞通道的倾向，成为本领域的一个问题点。同时由于晶须材料易吸入呼吸道，危害人体健康，许多国家已经对晶须材料提出了限用。

专利cn103060948a、专利cn103073054a、专利cn106629827a、专利cn106745209a公开的钛酸钾均为钛酸钾纳米管，专利cn105734670a、专利cn1730432a、专利cn106048727a公开的六钛酸钾均为晶须材料，由于纤维材料易吸入呼吸道，危害人体健康，许多国家已经对纤维材料提出了限用。

技术实现要素：

本发明将水溶性含钾原料放入乳化机中，在高温高速搅拌的情况下加入纳米含钛原料，经过一段时间的反应后，调节ph至中性后，加入偶联剂后，脱水、干燥、粉碎、分级得到球状纳米钛酸钾。纳米钛酸钾的结构为球状，流动性最好，并且摩擦时不会产生纤维，添加在塑料或者橡胶中可以起到增加强度、增加耐磨性的作用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种球状纳米钛酸钾的制备方法，依次包括如下步骤：

s1将水溶性含钾原料放入乳化机中，加热并搅拌；

s2将纳米含钛原料加入乳化机中，加热至回流温度后，乳化机高速搅拌0.1～10h；

s3降温后，用酸调节ph至6～8，加入偶联剂继续搅拌0.1～1h；

s4脱水、干燥、粉碎、分级后得到球状纳米钛酸钾。

进一步地，在上述球状纳米钛酸钾的制备方法中，步骤s1中，所述水溶性含钾原料为氢氧化钾、碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或多种的水溶液，其浓度为0.1～1mol/l，步骤s1中，加热温度为50～90℃，搅拌速度为5000～15000rpm。

进一步地，在上述球状纳米钛酸钾的制备方法中，步骤s2中，所述纳米含钛原料为金红石型氧化钛、锐钛型氧化钛、板钛型氧化钛或偏钛酸中的一种或多种，其粒径为1nm～100nm，所述钛元素与钾元素质量比为0.5～5:10。

进一步地，在上述球状纳米钛酸钾的制备方法中，步骤s3中，降温后温度为50～90℃，所用酸为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或多种。

进一步地，在上述球状纳米钛酸钾的制备方法中，步骤s3中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硬脂酸盐中的一种或多种，所述偶联剂与纳米含钛原料的质量比为0.1～5:100。

进一步地，在上述球状纳米钛酸钾的制备方法中，所述球状纳米钛酸钾为三钛酸钾或六钛酸钾中的一种或两种。

与现有技术相比，本发明纳米钛酸钾的结构为球状，流动性最好，并且摩擦时不会产生纤维，添加在塑料或者橡胶中可以起到增加强度、增加耐磨性的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为实施例1中球状纳米钛酸钾的sem照片；

图2所示为实施例2中球状纳米钛酸钾的sem照片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

s1将0.5mol/l氢氧化钾水溶液放入乳化机中，加热至70℃并搅拌，搅拌速度为10000rpm；

s2将纳米含钛原料为含量98％以上的金红石型氧化钛与含量98％以上的锐钛型氧化钛与偏钛酸的混合物，其中金红石型氧化钛：锐钛型氧化钛：偏钛酸的重量比＝1.5:1:1，粒径30nm，加入乳化机中，加热至回流温度后，乳化机高速搅拌10h，其中钛元素与钾元素质量比为2:10；

s3降温至70℃后，用酸调节ph至8，所用酸为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或多种，加入偶联剂继续搅拌1h，偶联剂为硅烷偶联剂-氨丙基三乙氧基硅烷，偶联剂与纳米含钛原料的质量比为0.5:100；

s4脱水、干燥、粉碎、分级后得到平均粒径大小为30nm球状纳米钛酸钾。

实施例2

s1将0.8mol/l氢氧化钾水溶液放入乳化机中，加热至70℃并搅拌，搅拌速度为8000rpm；

s2将纳米含钛原料为含量98％以上的金红石型氧化钛与含量98％以上的锐钛型氧化钛与偏钛酸的混合物，其中金红石型氧化钛：锐钛型氧化钛：偏钛酸的重量比＝1.5:1:1，粒径50nm，加入乳化机中，加热至回流温度后，乳化机高速搅拌10h，其中钛元素与钾元素质量比为2:10；

s3降温至70℃后，用酸调节ph至8，所用酸为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或多种，加入偶联剂继续搅拌1h，偶联剂为硅烷偶联剂-氨丙基三乙氧基硅烷，偶联剂与纳米含钛原料的质量比为0.5:100；

s4脱水、干燥、粉碎、分级后得到平均粒径大小为60nm球状纳米钛酸钾。

基于上述实施例应当说明的是：水溶性含钾原料也可以是碳酸钾、碳酸氢钾中的一种或多种的水溶液，其浓度为0.1～1mol/l；纳米含钛原料为金红石型氧化钛、锐钛型氧化钛、板钛型氧化钛或偏钛酸中的一种或多种，粒径为1nm～100nm；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硬脂酸盐中的一种或多种。经实践，都能实现本技术方案，都应当属于本申请的范围。

上述实施例制备的纳米钛酸钾的结构为球状，流动性较好，并且摩擦时不会产生纤维，添加在塑料或者橡胶中可以起到增加强度、增加耐磨性的作用。

上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。