一种醇盐水解法制备氮化钛包覆炭黑材料的方法

摘要

本发明提供一种醇盐水解法制备氮化钛包覆炭黑材料的方法，包括（1）将甲氧基乙醇和钛酸四异丙酯加入无水异丙醇和蒸馏水中进行混合，并回流反应；（2）再加入炭黑，并调节pH值到中性后进行回流反应2-4小时；（3）经离心过滤、洗涤、干燥得二氧化钛包覆的炭黑颗粒；（4）在800℃-1000℃下通入氨气进行氮化2-5小时，即可得到表面包覆有氮化钛的氮化钛包覆炭黑材料。本发明先用TiO

说明书

技术领域

本发明属于无机材料改性技术领域，具体涉及一种醇盐水解法制备氮化钛包覆炭黑材料的方法。

背景技术

黑色作为陶瓷制品重要的颜色，目前常用于陶瓷中的黑色颜料大多为尖晶石结构，其中氧化钴是获得黑色陶瓷的重要组成部分，但是由于其价格昂贵，限制了黑色陶瓷的广泛应用。

目前代替氧化钴最好的材料为炭黑，炭黑具有较高的着色能力，但炭黑本身在500-600℃下会发生氧化而失效，因此炭黑若用于陶瓷颜料，则必须先对其进行包覆处理来增加其热稳定性。目前常用二氧化硅来包覆炭黑材料，能将其初始氧化温度稳定提高到600℃以上。但二氧化硅无法在炭黑表面形成致密的薄膜层，也就无法大幅度地提高炭黑材料的热稳定性。

本发明采用醇盐水解-氨气氮化后在炭黑粉末表面包覆氮化钛（TiN），该方法的成本较低，TiN包覆层厚度分布均匀且易控制。且TiN本身具有很好的化学稳定性和热稳定性，熔点高达2950℃，可大大提高炭黑材料的热稳定性，使得TiN包覆处理的炭黑材料在1000℃以上仍保持良好的稳定性，不会被氧化。

发明内容

本发明就是解决上述不足，提供一种醇盐水解法制备氮化钛包覆炭黑材料的方法，可大大提高炭黑材料的热稳定性，氧化稳定温度达到1000℃以上。

本发明的技术方案为：

一种醇盐水解法制备氮化钛包覆炭黑材料的方法，包括以下步骤：

（1）将甲氧基乙醇和钛酸四异丙酯按体积比为5：4-7加入无水异丙醇和蒸馏水中进行混合，然后在70℃-90℃下回流反应2-5个小时；

（2）往（1）中加入炭黑，再用碱调节溶液pH值到中性后进行回流反应2-4小时；所述炭黑与甲氧基乙醇的质量体积比g：mL为3-30：5；

（3）将（2）中反应液的析出物经离心过滤、洗涤、干燥得二氧化钛包覆的炭黑颗粒；

（4）将（3）制备的二氧化钛包覆的炭黑颗粒在800℃-1000℃下通入氨气进行氮化2-5小时，即可得到表面包覆有氮化钛的氮化钛包覆炭黑材料。

进一步，所述步骤（2）中回流反应的温度为80℃。

所述步骤（1）中甲氧基乙醇和无水异丙醇的体积比为5：100-200；所述甲氧基乙醇与蒸馏水的体积比为5：3-20。

所述步骤（2）中炭黑的粒径为15-90nm。

所述步骤（3）中洗涤是指用乙醇进行洗涤2-8次，所述干燥是指在常温下干燥2-8小时。

所述步骤（4）中氨气的浓度不小于99%。

本发明采用甲氧基乙醇、钛酸四异丙酯与无水异丙醇进行回流反应,水解生成颗粒状二氧化钛，然后再加入炭黑和蒸馏水再次进行回流反应，得二氧化钛包覆的炭黑颗粒；最后将二氧化钛包覆的炭黑颗粒于800℃-1000℃下通入氮气进行氮化，制得表面包覆有氮化钛的氮化钛包覆炭黑材料。

本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

1、由于TiN本身具有很好的化学稳定性和热稳定性，熔点高达2950℃，将其包覆在炭黑的外表面，则可大大提高炭黑材料的热稳定性，使得TiN包覆处理的炭黑材料在1000℃以上仍保持良好的稳定性。

2、本发明先用TiO₂包覆上炭黑形成二氧化钛包覆炭黑材料后再进行氮化，从而提高了氮化钛的纯度和化学稳定性很好，即而提高氮化钛包覆炭黑材料的化学稳定性和热稳定性。

具体实施方式

实施例1

（1）将5mL甲氧基乙醇和6mL钛酸四异丙酯加入160mL无水异丙醇和3mL蒸馏水中进行混合，然后对该混合液在80℃下回流4个小时，水解生成颗粒TiO₂；

（2）取15g粒径为35nm的炭黑放入上述溶液中；通过少量氨水将pH值调节到7左右，逐步加热到80℃回流3小时，水解生成的TiO₂在炭黑表面沉积得到二氧化钛包覆的炭黑颗粒；

（3）上述制备的二氧化钛包覆的炭黑颗粒离心过滤后用乙醇洗涤5次，常温下干燥6小时；

（4）将干燥的二氧化钛包覆的炭黑颗粒在900℃下进行氮化，用氨气作为还原剂，氮化时间为3小时，即可得到表面包覆有氮化钛的氮化钛包覆炭黑材料。

实施例2

（1）将5mL甲氧基乙醇和6mL钛酸四异丙酯加入120mL无水异丙醇和5mL蒸馏水中进行混合，然后对该混合溶液在85℃下回流3个小时，水解生成颗粒TiO₂；

（2）取8g粒径为50nm的炭黑放入上述溶液中；通过少量氨水将pH值调节到7左右，逐步加热到80℃回流2.5小时，水解生成的TiO2在炭黑表面沉积得到二氧化钛包覆的炭黑颗粒；

（3）上述制备的二氧化钛包覆的炭黑颗粒离心过滤后用乙醇洗涤3次，常温下干燥4小时；

（4）将干燥的二氧化钛包覆的炭黑颗粒在850℃下进行氮化，用氨气作为还原剂，氮化时间为4小时，即可得到表面包覆有氮化钛的氮化钛包覆炭黑材料。

实施例3

（1）每5mL甲氧基乙醇和4mL钛酸四异丙酯加入180mL无水异丙醇和10mL蒸馏水中进行混合，然后对该混合溶液在70℃下回流2个小时，水解生成颗粒TiO₂；

（2）取25g粒径为15nm炭黑放入上述溶液中；通过少量氨水将pH值调节到7左右，逐步加热到80℃回流2小时，水解生成的TiO2在炭黑表面沉积得到二氧化钛包覆的炭黑颗粒；

（3）上述制备的二氧化钛包覆的炭黑颗粒离心过滤后用乙醇洗涤8次，常温下干燥8小时；

（4）将干燥的二氧化钛包覆的炭黑颗粒在800℃下进行氮化，用氨气作为还原剂，氮化时间为2小时，即可得到表面包覆有氮化钛的氮化钛包覆炭黑材料。

实施例4

（1）每5mL甲氧基乙醇和7mL钛酸四异丙酯加入100mL无水异丙醇和20mL蒸馏水中进行混合，然后对该混合溶液在90℃下回流5个小时，水解生成颗粒TiO₂；

（2）取3g粒径为90nm的炭黑放入上述溶液中；通过少量氨水将pH值调节到7左右，逐步加热到80℃回流4小时，水解生成的TiO2在炭黑表面沉积得到二氧化钛包覆的炭黑颗粒；

（3）上述制备的二氧化钛包覆的炭黑颗粒离心过滤后用乙醇洗涤2次，常温下干燥2小时；

（4）将干燥的二氧化钛包覆的炭黑颗粒在1000℃下进行氮化，用氨气作为还原剂，氮化时间为5小时，即可得到表面包覆有氮化钛的氮化钛包覆炭黑材料。

实施例5

（1）每5mL甲氧基乙醇和6.5mL钛酸四异丙酯加入200mL无水异丙醇和15mL蒸馏水中进行混合，然后对该混合溶液在85℃下回流3个小时，水解生成颗粒TiO₂；

（2）取30g粒径为70nm的炭黑放入上述溶液中；通过少量氨水将pH值调节到7左右，逐步加热到80℃回流3.5小时，水解生成的TiO2在炭黑表面沉积得到二氧化钛包覆的炭黑颗粒；

（3）上述制备的二氧化钛包覆的炭黑颗粒离心过滤后用乙醇洗涤4次，常温下干燥7小时；

（4）将干燥的二氧化钛包覆的炭黑颗粒在900℃下进行氮化，用氨气作为还原剂，氮化时间为4小时，即可得到表面包覆有氮化钛的氮化钛包覆炭黑材料。

测试本发明制备的TiN包覆炭黑在釉中的热稳定性：

采用粉体煅烧后的明度L1000（空气气氛1000℃煅烧30分钟）表征陶瓷在空气气氛中、温度为1000℃下煅烧30分钟后釉面的明度值，L₁₀₀₀值越高，釉面越明亮；L₁₀₀₀值越低，釉面越暗，则说明TiN包覆炭黑作为颜料在高温情况下的热稳定性越好。

将本发明实施例1-5制备TiN包覆炭黑粉末在每20g的釉浆中加入3g制成釉体；然后在每20g的釉浆中加入3g传统的二氧化硅包覆炭黑粉末制成的釉体作为对比例，并升温至1000℃。然后等冷却后用色度计分别测其明度，如表1所示：

表1：釉体明度

样品L₁₀₀₀值对比例传统二氧化硅包覆炭黑制备的釉体63.7实施例1制备的釉体46.5实施例2制备的釉体48.2实施例3制备的釉体43.8实施例4制备的釉体45.0实施例5制备的釉体45.2

由上表1可看出，本发明制备的TiN包覆炭黑材料作为颜料用于釉中，可大大提高炭黑的热稳定性。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。