專利名稱：一種納米材料固液分離、分散和干燥方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的一種納米材料固液分離、分散和干燥方法，屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米材料在液相中受到范德華力、液橋力等引力的作用，極易形成難以分散的軟團(tuán)聚體；在干燥過程中，由于液體表面張力作用，納米顆粒形成硬團(tuán)聚體。同時(shí)，納米材料粒徑小，易與溶液中的水形成氫鍵，工業(yè)化生產(chǎn)分離設(shè)備投資高、生產(chǎn)效率低。因此，納米材料工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一是如何解決納米材料固液分離效率低、干燥過程團(tuán)聚的問題。例如納米氫氧化銅和納米氫氧化鎂的溶液粘性大，洗滌、分離等后處理操作困難，降低了生產(chǎn)效率，成為工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)技術(shù)瓶頸。本發(fā)明針對納米氫氧化銅、氫氧化鎂分別作為農(nóng)藥殺菌劑和塑膠填充劑的具體應(yīng)用，設(shè)計(jì)了一種新的分離干燥工藝，解決了它們在固液分離、分散和干燥過程中的技術(shù)難題。
波爾多液是一種銅制劑，較早的應(yīng)用于蘋果、葡萄、梨、柑橘等果樹作物，具有較好的殺菌防治效果，在我國至今仍是主要的果樹殺菌劑。但波爾多液存在很多缺陷如懸浮率極低、容易產(chǎn)生藥害、用量大、噴灑勞動(dòng)強(qiáng)度高、土地堿化等。納米氫氧化銅制劑的出現(xiàn)使上述問題迎刃而解，因此可以取代幾百年來一直使用的波爾多液。此外，氫氧化銅是我國農(nóng)業(yè)部推薦使用的殺菌劑品種，可以廣泛應(yīng)用于蔬菜、茶葉和農(nóng)作物的病菌防治，因此納米氫氧化銅在國內(nèi)有很大的潛在市場。納米氫氧化銅也是歐洲各國提倡的綠色環(huán)保保護(hù)性殺菌劑，在國際農(nóng)藥市場上也具有良好的市場前景。
納米氫氧化鎂也具有廣泛的應(yīng)用前景，特別適合制作各種低煙阻燃電線、電纜及輕質(zhì)、高強(qiáng)、阻燃部件。其具有以下特點(diǎn)具有較好的抑煙作用，抑煙能力優(yōu)于氫氧化鋁。氫氧化鎂的熱分解溫度為340～490℃，比氫氧化鋁高出100℃，能承受更高的加工溫度，滿足許多樹脂材料的混煉加工成型，有利于加快擠出速度，縮短模塑時(shí)間。氫氧化鎂的分解能(1.37KJ/g)比納米氫氧化鋁的分解能(1.17KJ/g)高，熱容也高17％，有助于提高阻燃效率。氫氧化鎂在燃燒時(shí)對聚合物的炭化作用比氫氧化鋁大，阻燃熔滴比氫氧化鋁好等優(yōu)點(diǎn)。隨著環(huán)保要求日益加強(qiáng)，氫氧化鎂顯示出強(qiáng)大競爭力和發(fā)展?jié)摿Γ蔀闊o機(jī)阻燃劑中的優(yōu)秀品種。納米氫氧化鎂還能用于增粘涂料、作輕型建筑材料、絕緣材料、保溫隔熱材料、各種試劑和過濾材料等，具有很好的深度開發(fā)和有廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
一般在可濕性粉劑、塑膠生產(chǎn)中，先對納米氫氧化銅、納米氫氧化鎂進(jìn)行表面改性提高它們的分散性或與高聚物的相容性。例如傳統(tǒng)的納米氫氧化銅、納米氫氧化鎂生產(chǎn)工藝一般是分別對填充劑進(jìn)行表面改性后再進(jìn)行混合加工或填充到高聚物中。本發(fā)明改變該傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝，先將載體與制備的納米材料充分液相混合，在超聲力的作用下納米材料粘附在載體上，形成納米顆粒對微顆粒的包覆，再對混合體進(jìn)行濕法表面改性。例如，一般在塑料制備中添加CaCO3作為填充劑，添加氫氧化鎂作為無機(jī)阻燃劑。傳統(tǒng)工藝是先分別對CaCO3及氫氧化鎂進(jìn)行改性后再混合、填充。本發(fā)明則先將微米碳酸鈣與納米氫氧化鎂液體充分混合，未經(jīng)改性的納米材料比表面積大，吸附力強(qiáng)，可以較牢固的吸附在碳酸鈣表面；碳酸鈣粒徑大，不易發(fā)生團(tuán)聚，分散效果好。這種吸附降低了納米氫氧化鎂的團(tuán)聚性，同時(shí)也改善了納米氫氧化鎂同填充劑的分散性。同時(shí)，由于載體/填充劑的顆粒粒徑大，在離心分離過程中，納米/微米復(fù)合體受到的離心力大，加速了分散在液體中的納米固體顆粒的沉降速度，起到沉淀絮凝劑的作用，使納米顆粒的分離在現(xiàn)有的分離設(shè)備得以順利進(jìn)行。且混合后再進(jìn)行表面改性，阻燃劑、填充物與高聚物的相容性提高了。在干燥過程中，載體/填充劑相當(dāng)于惰性介質(zhì)，阻礙了納米材料的硬團(tuán)聚。因此，無機(jī)物在高聚物中的分散性好。
本發(fā)明的一種納米材料固液分離、分散和干燥方法。該方法克服了納米氫氧化銅、氫氧化鎂在液相中的團(tuán)聚問題；解決了現(xiàn)有的分離設(shè)備處理納米材料分離效率低的技術(shù)難題；避免了納米氫氧化銅、氫氧化鎂在干燥過程中的納米顆粒硬團(tuán)聚現(xiàn)象，同時(shí)提高納米顆粒和惰性載體/填充劑相互分散性。該方法適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
為解決上述技術(shù)問題，其技術(shù)解決方案是本發(fā)明的納米材料固液分離、分散和干燥工藝過程為把制備的納米氫氧化銅/氫氧化鎂混合物用水洗滌掉反應(yīng)中的副產(chǎn)物后，把不同目數(shù)的惰性載體/填充劑按照產(chǎn)品的試劑/填充劑質(zhì)量比要求直接加入到液相中，進(jìn)行超聲混合分散。在超聲波的作用下，納米材料均勻的分散黏結(jié)在惰性載體/填充劑表面；根據(jù)產(chǎn)品不同的要求參數(shù)，用選擇不同的表面改性進(jìn)行濕法改性。改性的固液混和物利用離心機(jī)分離后干燥，即可制備出納米顆粒和微米載體均勻的混和分散體。
所述的納米氫氧化銅溶液、納米氫氧化鎂溶液中，固體質(zhì)量含量為20％～75％。
所述的納米氫氧化銅載體、納米氫氧化鎂可以為白碳黑、硅藻土、膨潤土、高嶺土、凸凹棒、輕質(zhì)碳酸鈣等載體的一種或多種的混和體，其粒徑可以控制在325～1250目，其加入的質(zhì)量比根據(jù)產(chǎn)品的有效成分含量添加，質(zhì)量比控制在40％～60％。
所述的載體/填充劑是預(yù)先加入到納米材料的液體中，進(jìn)行超聲分散，分散時(shí)間為10～30min。
所述納米氫氧化銅、納米氫氧化鎂溶液的改性劑可以選擇壬基酚聚氧乙烯醚(NP-5，NP-10)、十二烷基硫酸鈉(SDS)，木質(zhì)素磺酸鈉、PVP、OP系列2種以上的改性劑和KX-5040分散劑和硅烷消泡劑。
所述納米材料可以是一種納米材料與一種微米顆粒填充劑的混合，也可以是一種納米材料與多種微米顆粒填充劑的混合；可以是多種納米材料與一種微米顆粒填充劑的混合，也可以是多種納米材料與多種微米顆粒填充劑的混合。
所述的表面活性劑的添加量在0.5％～3％。
所述的表面活性劑的表面改性是在高速剪切機(jī)中完成的，剪切速度為5000～12000轉(zhuǎn)/min。
所述的離心分離是在離心速率為1800～4000轉(zhuǎn)/min的設(shè)備上完成的。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一納米氫氧化銅可濕性粉劑原藥的制備取氫氧化銅原油200ml(固體質(zhì)量15％)置于燒杯中；加入1250目的硅藻土、高嶺土各30克，超聲分散15分鐘。加入OP-10 3～9mL、聚乙醇10000 4～8克，十二烷基硫酸鈉6～10克?；旌弦后w溫度控制在65℃。高速剪切進(jìn)行改性，剪切速度為8000轉(zhuǎn)/min，剪切改性10分鐘后在三足式離心分離機(jī)在4000轉(zhuǎn)/min分離后分離、105°℃下放入干燥箱內(nèi)干燥。
實(shí)施例二聚乙烯用納米氫氧化鎂復(fù)合阻燃填充劑的制備取納米氫氧化鎂原液100mL(固體質(zhì)量20％)置于燒杯中；加入325目的輕質(zhì)碳酸鈣30克，超聲分散10分鐘。加入硬脂鈉4～8克，十二烷基硫酸鈉2～6克?；旌弦后w溫度控制在80℃。高速剪切進(jìn)行改性，剪切速度為6000轉(zhuǎn)/min，，剪切改性15分鐘后在三足式離心分離機(jī)在3000轉(zhuǎn)/min分離后分離、105°℃下放入干燥箱內(nèi)干燥。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的一種納米材料固液分離、分散和干燥方法，該方法的特征是1)克服了納米氫氧化銅、氫氧化鎂在液相中范德華力、液橋力、氫鍵等引力造成的團(tuán)聚問題；2)解決了納米材料分離過程中現(xiàn)有的分離設(shè)備分離效率低的技術(shù)難題；3)避免了納米氫氧化銅、氫氧化鎂在干燥過程中的納米顆粒硬團(tuán)聚現(xiàn)象。4)提高納米顆粒和惰性載體/填充劑相互分散性。本發(fā)明與其它納米材料分散方法相比，具有工藝簡單、無需復(fù)雜設(shè)備、生產(chǎn)效高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且可以應(yīng)用于多種納米材料的分散，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米材料的分散方法，其特征在于把惰性微米載體/填充劑預(yù)先加入到納米液體中，進(jìn)行超聲混合分散，在超聲波的作用下，納米材料均勻的分散包裹在惰性載體/填充劑表面，實(shí)現(xiàn)納米材料對微米顆粒的黏附；用表面改性劑進(jìn)行改性，離心分離后干燥。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米材料的分散方法，其特征在于微米載體/填充劑可以是一種，也可以是多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米材料的分散方法，其特征在于納米材料可以是一種，也可以是多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米材料可以是零維納米材料、一維納米材料或二維納米材料；可以是無機(jī)納米材料也可為有機(jī)納米材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米材料的分散方法，其特征在于微米載體/填充劑和納米材料充分的分散，在干燥過程，微米材料充當(dāng)惰性分散介質(zhì)的作用，干燥后，混和粉體無硬團(tuán)聚。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5所述的納米材料與微米載體/填充劑的比例不大于0.6。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的納米材料的分散方法，其特征在于微米顆粒在分散過程中起到沉淀劑的作用，加速了固液納米材料的沉降速度，不僅可以在現(xiàn)有的離心設(shè)備分離，并且分離效率高。
全文摘要
本發(fā)明的一種納米材料固液分離、分散和干燥方法，屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明納米材料固液分離、分散和干燥工藝過程為在納米氫氧化銅、氫氧化鎂液相合成、洗滌后，把惰性載體/填充劑直接加入到液相中，進(jìn)行超聲混合分散。在超聲波的作用下，納米材料均勻地分散包裹在惰性載體/填充劑表面；用表面改性劑進(jìn)行改性，離心分離后干燥。該方法的特點(diǎn)是1)克服了納米氫氧化銅、氫氧化鎂在液相中范德華力、液橋力等引力造成的團(tuán)聚問題；2)解決了納米材料分離過程中現(xiàn)有的分離設(shè)備分離效率低的技術(shù)難題；3)避免了納米氫氧化銅、氫氧化鎂在干燥過程中的納米顆粒硬團(tuán)聚現(xiàn)象，同時(shí)提高納米顆粒和惰性載體/填充劑相互分散性。與其它納米材料分散方法相比，此方法具有工藝簡單、無需復(fù)雜設(shè)備、生產(chǎn)效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并且可以應(yīng)用于多種納米材料的分離、分散和干燥，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C09C3/00GK101089054SQ20061009148
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者王積森, 孫金全, 吳秀春, 張國松, 劉美淋, 張洪云 申請人:山東科技大學(xué)