一类无机非金属导电、电磁屏蔽粉体及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属化工技术领域，具体涉及一类由锡、钼、钛、钒的氧化物、氮化物和碳化物构成的无机非金属导电、电磁屏蔽粉体及其制备方法和应用。非计量锡化合物中，锡的质量百分比为７６～８５％，非计量钼化合物中，钼的质量百分比为７０～８０％，非计量钛化合物中，钛的质量百分比为７５～８５％，非计量钒化合物中，钒的质量百分比为５８～６５％。其制备方法为通过添加肼、草酸或肼和草酸组成的复合添加剂于由锡、钼、钛或钒的可热分解化合物组成的前驱化合物中，搅拌均匀，烘干，然后在氮气气氛下并在４５０℃～９００℃温度下，以１５－２５℃／分钟的升温速度进行处理１０－３０分钟，即得到所需产品。本发明专利技术制备方法简单，条件易于控制，能耗少，相应产品性质稳定。可用于制备屏蔽材料和防静电纤维中的填充料，制备导电橡胶和导电橡胶制品中的填料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属化工
，具体涉及一类由锡、钼、钛、钒的非计量化合物(氧化物、氮化物和碳化物)构成的无机非金属导电、电磁屏蔽粉体及其制备方法和应用。
技术介绍
伴随电子化、信息化的迅猛发展以及CPU(中央处理器)的运算速度越来越高速化，由此产生的电磁兼容、信息安全和噪音污染问题也越来越严重。如何防电磁屏蔽就成了人们关注的问题。此外，随着人们的环保意识不断增强，现实社会需要电磁屏蔽的器件、设备、地点和场所也越来越多。目前从国内外的研究看，解决的重要途径之一就是采用电磁屏蔽材料对辐射进行防护。根据相关理论可知，电磁屏蔽效果优良的物质，往往是导电性能良好的粉体。倘若再具有磁性，则更好。在实际的应用中，电磁屏蔽材料多为添加型(有时也称复合型)，即将电磁屏蔽粒子(填料)与各种基质复合后使用，按基质的不同，可衍生出导电胶、导电和电磁屏蔽涂料、导电橡胶、导电或电磁屏蔽纤维等品种，其应用涉及电子、印刷、医学、电讯、油漆、涂料、纺织、橡胶等众多领域。目前，国内外用作电磁屏蔽粒子的物质，可分为银、铜、镍等金属粉末和碳黑、石墨等非金属粉末两大类，它们的优缺点如下 尽管银粉价格昂贵，但由于其导电性和化学稳定性好，因而在实际的各种材料中，都是以银粉作为填料加以使用。如能用价格相对便宜、性能优良的新的导电物质逐步取代银粉，不仅能节约资源，保持可持续发展，而且对减少成本，扩大应用也有很大的意义。金属元素的非计量化合物(化合物类型包括氧化物、氮化物、碳化物、配合物等)是一类较特殊的物质，主要表现为1、构成的金属元素往往有两种或多种价态；2、晶体结构存在缺陷，往往有较多异常的电、磁、光、色等性质，因此从中发掘出新型材料，如电磁屏蔽材料等是本领域技术人员的研究目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种比表面积大，活性高、工艺简单的一类由锡、钼、钛、钒的非计量化合物构成的无机非金属导电、电磁屏蔽粉体及其制备方法。本专利技术提出的无机非金属导电、电磁屏蔽粉体，为非计量锡化合物、非计量钼化合物、非计量钛化合物或非计量钼化合物等中的一种或几种，其中，非计量锡化合物中，锡的质量百分比为76～85％，电导率为0.4～4S/m，比表面积为25.0～57.0m2/g，晶粒粒度为＜100nm；非计量钼化合物中，钼的质量百分比为70～80％，电导率为1000～5000S/m，比表面积为2～35m2/g，晶粒粒度为＜100nm；非计量钛化合物中，钛的质量百分比为75～85％，电导率为1200～10000S/m，比表面积为2.5～36.0m2/g，晶粒粒度为100nm～10μm；非计量钒化合物中，钒的质量百分比为58～65％，电导率为1000～10000S/m，比表面积为7.0～35.0m2/g，晶粒粒度为＜100nm，并且由SnO1.0～2.0、SnN0.7～1.3、SnC0.5～1.0、MoO2、Mo4O11、Mo2N、MoC1.0～2.0、TiO0.5～1.5、TiN0.3～1.22、TiC0.25～1、VO1.0～2.5、VN0.5～1.0、VC中的一相或几相所构成。本专利技术中，非计量锡化合物为锡的氧化物、锡的氮化物、锡的碳化物，非计量钼化合物为钼的氧化物、钼的氮化物、钼的碳化物，非计量钛化合物为钛的氧化物、钛的氮化物、钛的碳化物，非计量钒化合物为钒的氧化物、钒的氮化物、钒的碳化物。本专利技术中，它还包括质量百分比为0.01～10％的其它元素的氧化物、氮化物和碳化物，该其它元素选自钨、铁、镍、锂、铜、锑及稀土元素之一种或几种。本专利技术提出的无机非金属导电粉体的制备方法，其具体步骤为通过添加肼、草酸或肼和草酸组成的复合添加剂于由锡、钼、钛或钒的可热分解化合物组成的前驱化合物中，搅拌均匀，置于烘箱中在70-100℃温度下烘干，然后置于管式炉中在氮气气氛下并在450℃～900℃温度范围内，以15-25℃/分钟的升温速度进行处理10-30分钟，继续通氮气，自然冷却，即得到所需产品。本专利技术中，前驱化合物为氢氧化锡、钼酸、钛的戊二酸盐、偏钒酸铵或偏钒酸等。本专利技术中，复合添加剂加入量为按照制得100g这类无机非金属导电粉末算，添加重量浓度为80％的水合肼0～145mL，草酸0～145g。由本专利技术制备的无机非金属导电、电磁屏蔽粉体可用于制备屏蔽材料和防静电纤维中的填充料。由本专利技术制备的无机非金属导电、电磁屏蔽粉体可用于制备导电橡胶和导电橡胶制品中的填料。本专利技术中，初始阶段部分高价金属(锡、钼、钛、钒)被还原成低价，由于添加剂在热分解时产生大量的热和气体，使得热分解过程能在相对较低的温度范围进行，而且热分解产物的晶粒不易团聚，然后在450℃～900℃温度下得到无机非金属导电、电磁屏蔽粉体，即非计量锡、钼、钛、钒的氧化物、氮化物和碳化物。由本专利技术制备的这类无机非金属导电粉末既可用于制备屏蔽材料中的填充料，防静电纤维中的填料，可用于制备导电纤维，还可以用于制备导电胶、导电涂料、以及导电橡胶和导电橡胶制品中的填料。本专利技术的优点是制备方法简单，条件易于控制，能耗少，相应产品性质稳定。具体实施例方式下面通过实施例子对本专利技术作进一步的描述。实施例1取五水四氯化锡15g溶于适当的蒸馏水中，不断搅拌中加入氨水15ml，所得的胶状沉淀抽虑水洗后，加入1.5g草酸，搅拌均匀，放入烘箱中于80～100℃烘干，将干燥物放入瓷舟内，在管式炉中，氮气气氛下逐步升温至550℃，维持25分钟，停止加热，继续通氮气，待冷却至室温，可得到棕黄色非计量锡氧化物，其主相为SnO2，电导率为4S/m，比表面积为37.6m2/g。将制得的棕黄色非计量锡氧化物，用于制备电磁屏蔽涂料。其配比如下丙烯酸树脂15g稀释剂(正丁脂∶二甲苯＝1∶1)3.5g锡非计量化合物75g硅烷偶联剂4gBYK-110润湿分散剂1.8gBYK-A5301.8g将上述各原料进行搅拌分散，制成电磁屏蔽涂料，其涂膜的电阻率为28Ω·cm，在0.1MHz-18000MHz波段，屏蔽效率为70-85％。实施例2 称取20g钼酸于研钵中研细，用量筒量取6mL水合肼(80％)加入至研钵中，再加入3g草酸及适量水调至于湿适度，研磨均匀，搅拌。然后置于烘箱中90～100℃烘干，研细，将干燥物放入瓷舟内，在管式炉中，氮气气氛下逐步升温至760℃，维持25分钟，停止加热，继续通氮气，待冷却至室温，可得到咖啡色非计量钼氧化物，其主相为MoO2，次相为Mo4O11，电导率为1300S/m，比表面积为25.0m2/g。将得到的咖啡色非计量钼氧化物，用于制备电磁屏蔽涂料。其配比如下氧碳树脂20g稀释剂(eac∶二丁脂＝1∶2)5.5gVx1-6212润湿分散剂0.9g迪高B-1484混平剂0.3g迪高A-900消泡剂0.3g钼非计量化合物70g钛酸正丁脂偶联剂3g固化剂4g将上述各原料进行搅拌分散，制成电磁屏蔽涂料，其涂膜的电阻率为1.0Ω·cm，在0.1MHz-18000MHz波段，屏蔽效率＞99％。实施例3取20g钛(III)的戊二酸盐，加5克草酸和8mL水合肼(80％)，研磨均匀，放入烘箱中70～80℃烘干，研细，将干燥物放入瓷舟内，在管式炉中，氮气氛下逐步升温至650℃，维持10分钟，停止加热，继续通氮气，待冷却至室温，可得黑色非计量钛氧化物，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无机非金属导电、电磁屏蔽粉体，其特征在于为非计量锡化合物、非计量钼化合物、非计量钛化合物或非计量钼化合物等中的一种或几种，其中，非计量锡化合物中，锡的质量百分比为７６～８５％，电导率为０．４～４Ｓ／ｍ，比表面积为２５．０～５７．０ｍ↑［２］／ｇ，晶粒粒度为＜１００ｎｍ；非计量钼化合物中，钼的质量百分比为７０～８０％，电导率为１０００～５０００Ｓ／ｍ，比表面积为２～３５ｍ↑［２］／ｇ，晶粒粒度为＜１００ｎｍ；非计量钛化合物中，钛的质量百分比为７５～８５％，电导率为１２００～１００００Ｓ／ｍ，比表面积为２．５～３６．０ｍ↑［２］／ｇ，晶粒粒度为１００ｎｍ～１０μｍ；非计量钒化合物中，钒的质量百分比为５８～６５％，电导率为１０００～１００００Ｓ／ｍ，比表面积为７．０～３５．０ｍ↑［２］／ｇ，晶粒粒度为＜１００ｎｍ，并且由ＳｎＯ↓［１．０～２．０］、ＳｎＮ↓［０．７～１．３］、ＳｎＣ↓［０．５～１．０］、ＭｏＯ↓［２］、Ｍｏ↓［４］Ｏ↓［１１］、Ｍｏ↓［２］Ｎ、ＭｏＣ↓［１．０～２．０］、ＴｉＯ↓［０．５～１．５］、ＴｉＮ↓［０．３～１．２２］、ＴｉＣ↓［０．２５～１］、ＶＯ↓［１．０～２．５］、ＶＮ↓［０．５～１．０］、ＶＣ中的一相或几相所构成。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴介达，李雄平，李晓银，陆慈娣，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]