[发明专利]一种二氧化钛导电粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于功能材料的制备领域，特别涉及一种二氧化钛导电粉体的制备方法。

背景技术

二氧化钛(俗称钛白粉)是白色颜料中遮盖率最好的一种材料，它的带隙能E_g为3.2ev、相当于紫外光的波长、能够在紫外光照射下发生电子跃迁，所以它能够吸收紫外光、在常温下和可见光下不导电，将二氧化钛经过包覆处理转化为半导体，可以获得“二氧化钛导电粉体”。二氧化钛导电粉体的基本性质是：既具有导电性能、又具有金属等材料所不具有的化学稳定性，具有抗静电、防雷、抗辐射等性能；同时还保持了钛白粉的遮盖率强、白度好、紫外光吸收等优良性能。能够应用于制备压敏电阻、替代昂贵的氧化钌等作电阻材料；应用于制备抗静电、电磁屏蔽或防辐射材料，如通信或特殊环境的保护、高档汽车油漆、防辐射室涂料、高档住宅防辐射涂料等；用于改善和消除目前纺织纤维的静电作用；应用于塑料领域制备防辐射抗静电色母料；应用于玻璃和陶瓷领域可以作导电玻璃、玻璃灯或玻璃光电图案等。

二氧化钛导电粉体已经在军工、航天、电子和日常生活的许多领域得到应用，但是目前它们的制备方法和产品性能距离应用要求仍然需要提高和匹配，它们的应用范围也有待于大力拓展。在我国，虽然不断有小规模的二氧化钛导电粉体制造企业出现，但是到目前为止，我国二氧化钛导电粉体生产企业所生产出产品的电阻率都在10Ωcm以上、颜色为深灰色，只能在低端涂料行业应用；在国外，能够工业化生产二氧化钛导电粉的企业主要有日本某企业等，日本某企业的“球形掺锑二氧化锡包膜二氧化钛导电粉体”的电阻率能够达到2-5Ωcm，它的平均值在2.7Ωcm，在我国的抗静电纺织领域有一定应用市场，但是仍然存在拉丝堵孔和平均电阻率偏高的困难而不能得到广泛应用，更不能在我国航天军工领域应用。随着科技进步、人类生活水平的提高和突破国外技术限制，迫切需要开发电阻率低白度好的二氧化钛导电粉体制备新方法。

使二氧化钛导电的方法主要是在其表面包覆一层导电层，这种包覆层一般使用的是锑掺杂二氧化锡(即ATO)。CN102583524B公开了一种导电二氧化钛粉体的制备方法：将锡盐、锑盐和分散剂溶解在盐酸溶液中，得混合溶液A；将二氧化钛在碱液中打浆，在温度为40～80℃，滴定时间为20～60min，得浅黄色悬浊液；将悬浊液过滤，洗涤，干燥后研磨至细小颗粒，再高温处理，即得到导电二氧化钛粉体。CN105271389A公开了一种导电二氧化钛粉体的制备方法：向质量浓度为20％～30％金红石型二氧化钛滴加锆盐溶液，得到混合溶液A；将混合溶液A升温至60～80℃；将锡盐和锑盐混合酸性溶液滴加到A中，平行加入碱液控制pH值1～3，加入时间为3～5h，得黄色悬浊液；将所述悬浊液熟化、洗涤、干燥，粉碎至280～300nm，再经煅烧处理，即得到导电二氧化钛粉体。总之，专利文献和期刊文献介绍的二氧化钛导电粉体制备方法几乎都是ATO包膜法，对日本某企业产品的化学分析和材料学表征，也显示：日本某企业的“二氧化钛导电粉体”也是一种ATO包膜的二氧化钛导电粉体，也就是说通过配方的改变，特别是工艺的改变，能够制备出达到和超过日本某企业ET series指标的产品。

在研究中，我们发现目前国内方法存在的问题是：1.都是滴定加入的方法加入混和溶液，由于滴定过程中反应程度随时间、物料量、微区浓度等因素影响，二氧化钛颗粒包覆的前驱物量和不同微区的化学组分几乎是不均匀的、不可控的；2.大多数制备方法的描述显示，整个反应过程需要加热和温度控制，由于在包膜过程中物料中的水解反应不止一个，列如有：锡盐、锑盐等多种物质的水解，温度控制对颗粒在反应釜的不同区域、颗粒表面的不同微区都会有水解程度和化学组分的差异。所以最终产品导电率高而且波动性大，难以在高端领域使用。

在研究中，我们发现一种提高电导率和产品白度的新方法：取金红石型二氧化钛粉体，加水形成浆料、加入介质小球(玻璃珠、玛瑙球或刚玉球等)，在搅拌下加入锡盐、锑盐溶液，加入五氧化二铌，还原剂(锌、镁、铁或者他们的混和物)，反应完全后调整pH值，分离洗涤、烘干、焙烧，最后获得二氧化钛导电粉体，电阻率1.0-5.0Ωcm；白度(L值)87-89。本发明的样品导电率已经好于日本某企业相映指标，白度与日本某企业产品一致，最可喜的是实验样品在化纤领域和高端涂料领域匹配性好于日本某企业产品：堵孔率低、拉丝过程的断丝时间长。

发明内容