一种防静电材料及其制备方法和应用
阅读说明：本技术 一种防静电材料及其制备方法和应用 (Antistatic material and preparation method and application thereof ) 是由 柯善军 田维 马超 赖俊涛 于 2020-12-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及陶瓷材料技术领域,公开了一种防静电材料及其制备方法和应用,该防静电材料包括如下原料组分：氧化锡、三氯化锑和晶种；晶种为锑掺杂氧化锡的纳米粉体。本发明防静电材料电阻率低,具有良好的防静电性,通过采用引入锑掺杂氧化锡的纳米粉体作为晶种,通过晶种诱导,促进锑掺杂氧化锡的形成,提高了产品的产率,同时将氧化锡和三氯化锑溶液通过超细研磨,可使锑均匀地附着在氧化锡颗粒表面,有利于最终产品的组分均匀一致。(The invention relates to the technical field of ceramic materials, and discloses an anti-static material, a preparation method and application thereof, wherein the anti-static material comprises the following raw material components: tin oxide, antimony trichloride and seed crystals; the seed crystal is nanometer powder of antimony doped tin oxide. The antistatic material has low resistivity and good antistatic property, the antimony-doped tin oxide is promoted to be formed by adopting the nano powder introduced with the antimony-doped tin oxide as the seed crystal and inducing the seed crystal, so that the yield of the product is improved, and meanwhile, the antimony can be uniformly attached to the surfaces of tin oxide particles by carrying out superfine grinding on the tin oxide and the antimony trichloride solution, so that the components of the final product are uniform and consistent.)
技术领域
本发明涉及陶瓷材料技术领域，特别涉及一种防静电材料及其制备方法和应用。
背景技术
静电是日常生活中常见的由摩擦引起的放电现象，材料表面潜在静电的存在可能导致一些特殊环境如实验室、微机房等的安全隐患。氧化锡锑(锑掺杂氧化锡)粉体因其高电导率，在许多领域有着广阔的应用前景，是近年来迅速发展的一种新型防静电功能材料。
目前氧化锡锑粉体材料的制备方法主要有水热法、化学共沉淀法和固相法，然而水热法因成本高，难以实现工业生产；化学共沉淀法会产生较多废液，增加了环保负担；固相法反应速度慢，且难以实现均匀混合，得到的氧化锡锑产率低。
发明内容
本发明目的在于提供一种防静电材料，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
为解决上述技术问题所采用的技术方案：
一种防静电材料，包括如下原料组分：氧化锡、三氯化锑和晶种；所述晶种为锑掺杂氧化锡的纳米粉体。
本发明所用的晶种为采用水基溶胶-凝胶法合成的锑掺杂氧化锡的纳米粉体，水基溶胶-凝胶法可参考发明专利CN106564937A公开的一种锑掺杂纳米氧化锡粉体的制备方法进行制备。
优选地，所述氧化锡的平均粒径为5～15微米；所述晶种的质量占所述材料质量的0.5～2.5％。
本发明的第二个目的在于提供上述所述防静电材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将所述氧化锡加入去离子水和分散剂，采用介质搅拌磨进行研磨，得到料浆A；
2)将所述三氯化锑加入水，搅拌充分溶解，得到三氯化锑溶液；
3)将所述晶种和所述三氯化锑溶液同时加入所述料浆A中，采用高介质搅拌磨进行研磨，得到料浆B；
4)将所述料浆B进行喷雾干燥，得到粉料；
5)将所述粉料依次进行高温煅烧、冷却至室温、粉碎、过200～325目筛即可制得所述防静电材料。
优选地，步骤1)中，所述的分散剂为分子量为8000～10000的聚乙二醇，所述聚乙二醇的质量占所述氧化锡质量的0.8～1.2％。
优选地，步骤1)中，所述的料浆A的固含量为60～65％。
优选地，步骤1)中，所述研磨具体为采用钇稳定氧化锆球为研磨介质进行研磨；其中，钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.3～0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为65～70％，研磨转速大于等于2000转/分钟，研磨时间为1～2小时。
优选地，步骤3)中，所述研磨具体为采用钇稳定氧化锆球为研磨介质进行研磨；其中，钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.3～0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为72～75％，研磨转速大于等于3000转/分钟，研磨时间为1～1.5小时。
优选地，步骤4)中，所述喷雾干燥的热风温度为140～160℃。
优选地，步骤5)中，所述的煅烧的温度为600～800℃，煅烧时间为2～4小时。
本发明的第三个目的在于提供上述所述防静电材料在陶瓷材料中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明防静电材料电阻率低，具有良好的防静电性。
2、本发明采用引入锑掺杂氧化锡的纳米粉体作为晶种，通过晶种诱导，促进锑掺杂氧化锡的形成，提高了产品的产率。
3、本发明将氧化锡和三氯化锑溶液通过超细研磨，可使锑均匀地附着在氧化锡颗粒表面，有利于最终产品的组分均匀一致。
4、本发明采用对原料进行分步超细研磨，粗颗粒粗磨，细颗粒细磨，有利于提高研磨效率，使得物料成分混合更均匀，产品品质更稳定。
5、本发明制备方法简单，易于产业化。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
实施例1
一种防静电材料，该材料包括如下原料组分：氧化锡、三氯化锑和晶种，所述晶种为锑掺杂氧化锡的纳米粉体，所述氧化锡的平均粒径为5～15微米；所述晶种的质量占所述材料质量的0.5～2.5％。
上述防静电材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取平均粒径为5微米的氧化锡147.70克，加入100毫升去离子水和1.77克聚乙二醇-10000，采用介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为65％，介质搅拌磨转速调至2000转/分钟，研磨1小时得到料浆A；
2)称取9.12克三氯化锑，加水搅拌充分溶解成三氯化锑溶液；
3)称取锑掺杂氧化锡的纳米粉体0.77克，将锑掺杂氧化锡的纳米粉体和三氯化锑溶液同时加入料浆A中，采用高介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为75％，介质搅拌磨的转速调至3000转/分钟，研磨1.0小时得到料浆B；
4)将料浆B采用喷雾干燥，喷雾干燥的热风温度设置为150℃，得到粉料；
5)将粉料经过600℃高温煅烧2小时，再经过冷却至室温、粉碎、过200～325目筛即可。
实施例2
一种防静电材料，该材料包括如下原料组分：氧化锡、三氯化锑和晶种，所述晶种为锑掺杂氧化锡的纳米粉体，所述氧化锡的平均粒径为5～15微米；所述晶种的质量占所述材料质量的0.5～2.5％。
上述防静电材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取平均粒径为15微米的氧化锡135.64克，加入100毫升去离子水和1.08克聚乙二醇-10000，采用介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为70％，介质搅拌磨转速调至2200转/分钟，研磨2小时得到料浆A；
2)称取27.37克三氯化锑，加水搅拌充分溶解成三氯化锑溶液；
3)称取锑掺杂氧化锡的纳米粉体3.83克，将锑掺杂氧化锡的纳米粉体和三氯化锑溶液同时加入料浆A中，采用高介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.3毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为72％，介质搅拌磨的转速调至3100转/分钟，研磨1.5小时得到料浆B；
4)将料浆B采用喷雾干燥，喷雾干燥的热风温度设置为150℃，得到粉料；
5)将粉料经过800℃高温煅烧4小时，再经过冷却至室温、粉碎、过200～325目筛即可。
实施例3
一种防静电材料，该材料包括如下原料组分：氧化锡、三氯化锑和晶种，所述晶种为锑掺杂氧化锡的纳米粉体，所述氧化锡的平均粒径为5～15微米；所述晶种的质量占所述材料质量的0.5～2.5％。
上述防静电材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取平均粒径为12微米的氧化锡141.25克，加入100毫升去离子水和1.52克聚乙二醇-10000，采用介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为68％，介质搅拌磨转速调至2200转/分钟，研磨1.5小时得到料浆A；
2)称取14.55克三氯化锑，加水搅拌充分溶解成三氯化锑溶液；
3)称取锑掺杂氧化锡的纳米粉体1.78克，将锑掺杂氧化锡的纳米粉体和三氯化锑溶液同时加入料浆A中，采用高介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.3毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为72％，介质搅拌磨的转速调至3000转/分钟，研磨1.5小时得到料浆B；
4)将料浆B采用喷雾干燥，喷雾干燥的热风温度设置为150℃，得到粉料；
5)将粉料经过750℃高温煅烧3小时，再经过冷却至室温、粉碎、过200～325目筛即可。
实施例4
一种防静电材料，该材料包括如下原料组分：氧化锡、三氯化锑和晶种，所述晶种为锑掺杂氧化锡的纳米粉体，所述氧化锡的平均粒径为5～15微米；所述晶种的质量占所述材料质量的0.5～2.5％。
上述防静电材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取平均粒径为15微米的氧化锡145.27克，加入100毫升去离子水和1.08克聚乙二醇-10000，采用介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为70％，介质搅拌磨转速调至2000转/分钟，研磨1小时得到料浆A；
2)称取15.46克三氯化锑，加水搅拌充分溶解成三氯化锑溶液；
3)称取锑掺杂氧化锡的纳米粉体2.71克，将锑掺杂氧化锡的纳米粉体和三氯化锑溶液同时加入料浆A中，采用高介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.3毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为75％，介质搅拌磨的转速调至3500转/分钟，研磨1.5小时得到料浆B；
4)将料浆B采用喷雾干燥，喷雾干燥的热风温度设置为150℃，得到粉料；
5)将粉料经过600℃高温煅烧4小时，再经过冷却至室温、粉碎、过200～325目筛即可。
对比例1(与实施例1的区别在于未添加晶种)
一种防静电材料，该材料包括如下原料组分：氧化锡和三氯化锑，所述氧化锡的平均粒径为5～15微米。
上述防静电材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取平均粒径为5微米的氧化锡147.70克，加入100毫升去离子水和1.77克聚乙二醇-10000，采用介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为65％，介质搅拌磨转速调至2000转/分钟，研磨1小时得到料浆A；
2)称取9.12克三氯化锑，加水搅拌充分溶解成三氯化锑溶液；
3)将三氯化锑溶液加入料浆A中，采用高介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为75％，介质搅拌磨的转速调至3000转/分钟，研磨1.0小时得到料浆B；
4)将料浆B采用喷雾干燥，喷雾干燥的热风温度设置为150℃，得到粉料；
5)将粉料经过600℃高温煅烧2小时，再经过冷却至室温、粉碎、过200～325目筛即可。
对比例2(与实施例1的区别在于将液体的三氯化锑替换成固体的三氧化二锑)
一种防静电材料，该材料包括如下原料组分：氧化锡、三氧化二锑和晶种，所述晶种为锑掺杂氧化锡的纳米粉体，所述氧化锡的平均粒径为5～15微米；所述晶种的质量占所述材料质量的0.5～2.5％。
上述防静电材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取平均粒径为5微米的氧化锡147.70克，加入100毫升去离子水和1.77克聚乙二醇-10000，采用介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为65％，介质搅拌磨转速调至2000转/分钟，研磨1小时得到料浆A；
2)称取9.12克三氧化二锑；
3)称取锑掺杂氧化锡的纳米粉体0.77克，将锑掺杂氧化锡的纳米粉体和三氧化二锑同时加入料浆A中，采用高介质搅拌磨进行研磨，其中研磨介质钇稳定氧化锆球的平均粒径为0.5毫米，钇稳定氧化锆球的填充率为75％，介质搅拌磨的转速调至3000转/分钟，研磨1.0小时得到料浆B；
4)将料浆B采用喷雾干燥，喷雾干燥的热风温度设置为150℃，得到粉料；
5)将粉料经过600℃高温煅烧2小时，再经过冷却至室温、粉碎、过200～325目筛即可。
对比例3(与实施例1的区别在于采用传统球磨方式，未分步进行研磨)
一种防静电材料，该材料包括如下原料组分：氧化锡、三氯化锑和晶种，所述晶种为锑掺杂氧化锡的纳米粉体，所述氧化锡的平均粒径为5～15微米；所述晶种的质量占所述材料质量的0.5～2.5％。
上述防静电材料的制备方法，包括以下步骤：
1)称取平均粒径为5微米的氧化锡147.70克，称取9.12克三氯化锑，称取锑掺杂氧化锡的纳米粉体0.77克，加入100毫升去离子水和1.77克聚乙二醇-10000，采用普通陶瓷球磨机研磨2.5小时，得到浆料；
2)将浆料进行喷雾干燥，喷雾干燥的热风温度设置为150℃，得到粉料；
3)将粉料经过600℃高温煅烧2小时，再经过冷却至室温、粉碎、过200～325目筛即可。
对上述实施例1-4及对比例1-3制得的防静电材料进行性能测试：
分别称取实施例1-4及对比例1-3制得的防静电材料60克，在5000N的压力下制成直径(D)为10毫米一定厚度(H)的圆片，在圆片两端垫上铜片，将电阻仪的探针直接与铜片接触测试电阻(R)，电阻率(ρ)通过计算公式得到：电阻率＝πRD2/4H。计算结果如下表1所示。
表1
测试样
电阻率(欧姆/厘米)
实施例1
1.25
实施例2
0.89
实施例3
2.55
实施例4
2.27
对比例1
6.48
对比例2
5.97
对比例3
10.81
由表1中的数据可以看出，本发明实施例1-4制得的防静电材料的电阻率在0.8～2.6之间，低于对比例1-3制得的防静电材料，说明本发明实施例1-4制得的防静电材料的防静电性能更优；对比例1由于未添加晶种，导致产品产率低，从而影响防静电性能；对比例2由于将液体的三氯化锑替换成固体的三氧化二锑，导致锑不能均匀地附着在氧化锡颗粒表面，从而影响防静电性能；对比例3由于采用传统球磨方式，未分步进行研磨，导致物料混合不均，从而影响防静电性能。
以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。