專利名稱：超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料及其制備方法。特別是涉及一種利用天然負(fù)離子釋放材料、激發(fā)材料和能量傳遞材料，通過超微粉碎技術(shù)混合處理而獲得的負(fù)離子粉體材料。
背景技術(shù)：
目前，關(guān)于負(fù)離子釋放材料的生產(chǎn)，主要采用的是通過煅燒處理來激發(fā)負(fù)離子材料的壓電性和電自極性，增加負(fù)離子釋放率，其負(fù)離子粉體的粒度為D50≥5微米。另一種方法是通過添加大量稀土元素化合物或稀土復(fù)合鹽來激發(fā)電氣石，但其放射性超標(biāo)，同時(shí)遠(yuǎn)線外線發(fā)射率低?，F(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷1.粉體負(fù)離子釋放率低；2.生產(chǎn)過程能耗高，浪費(fèi)資源；3.粉體顆粒顆度大，使用范圍窄；4.生產(chǎn)時(shí)容易造成污染，不利于環(huán)境；5.粉體遠(yuǎn)紅外線發(fā)射率低。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料。
本發(fā)明的另一目的是提供一種本發(fā)明超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料的制備方法。
本發(fā)明的材料是綜合利用了天然負(fù)離子釋放材料的壓電性和熱電性、激發(fā)材料的激活技術(shù)以及能量傳遞材料的觸媒效應(yīng)，使材料的負(fù)離子釋放率、紅外線輻射率增加，并且更加安全。所述的超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料，按重量百分比天然負(fù)離子釋放材料含量為60％～95％，激發(fā)材料含量為2％～30％，能量傳遞材料含量為3％～25％。其中的天然負(fù)離子釋放材料為天然電氣石礦、蛋白石礦、蛇紋石礦、火山巖礦中的一種或幾種；其中的激發(fā)材料為稀土礦、稀土元素氧化物、稀土元素鹽、稀土元素單體中的一種或幾種；其中的能量傳遞材料為二氧化鈦、氧化鋅和氧化鋯中的一種或幾種。
天然負(fù)離子釋放材料介紹1.天然電氣石礦電氣石(Tourmaline)礦是一種硅酸巖礦物，其工藝名稱為″碧璽″。電氣石是多元素的天然礦物，它的化學(xué)成分是硅酸鹽、硼、鎂、鋁，其化學(xué)式為(Na，Ca)R3B3Al6Si6(O，OH，F(xiàn))31并含有微量鉻、錳、鈦、銫等對(duì)人體有益的元素。式中R代表金屬陽離子，當(dāng)R為Mg2+、Fe2+或(Li++Al3+)時(shí)，分別構(gòu)成鎂電氣石、黑電氣石和鋰電氣石三個(gè)端員礦物種。電氣石晶體呈近三角形的柱狀，兩端晶形不同，柱面具縱紋，常呈柱狀、針狀、放射狀和塊狀集合體。電氣石具有壓電性和熱電性，產(chǎn)生電自極化性能，極化能量來自外界能量和溫度變化，電氣石的熱釋電系數(shù)為10-7～4×10-6C·cm-2·k-1，而且電氣石粉末在無源條件下可產(chǎn)生負(fù)離子，催化分解甲醛等有害有機(jī)分子，促進(jìn)空氣中懸浮物的沉降，從而凈化空氣；電氣石的遠(yuǎn)紅外輻射率可達(dá)0.85。
2.天然蛇紋石礦蛇紋石是一種層狀硅酸鹽礦物，它是超基性巖經(jīng)中低溫交代作用或中低區(qū)域變質(zhì)作用，使巖石中的橄欖石和輝石發(fā)生蛇紋巖化作用而形成的。蛇紋石是一種高鎂礦物，其化學(xué)式為Mg6[Si4O10](OH)8，其中含MgO 43.6％，SiO243.3％，H2O 13.1％，有時(shí)混入少量的FeO、Fe2O3、NiO等成分。礦物學(xué)中把蛇紋石作為蛇紋石族礦物的總稱主要組成礦物為葉蛇紋石、纖維蛇紋石、利蛇紋石等，其次有磁鐵礦、鈦鐵礦、鉻鐵礦、水鎂石、鎂鐵碳酸鹽。
3.天然蛋白石礦蛋白石化學(xué)成分SiO2·nH2O，SiO2含量一般在90％以上，含水量不定，一般為4-9％，最高可達(dá)20％，此外主要雜質(zhì)是Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO。紅色或褐色蛋白石中Fe2O3含量很高。X光衍射證明，蛋白石是方石英雛晶的一種亞顯微界晶質(zhì)集合體，并含大量水，隱晶質(zhì)塊狀或鐘乳狀集合體。無色或含雜質(zhì)呈各種色調(diào)。硬度5.5-6.5，比重1.99-2.25，在硅質(zhì)泉華及其他多孔質(zhì)體中可降至1.8。折射率1.435-1.455，易脫水龜裂成白色。蛋白石的外觀呈白、灰、淡蘭等多種顏色，質(zhì)地細(xì)膩，粒度均一，吸水率高，吸附性強(qiáng)，比表面積大，孔隙率高，堆密度小，硬度低，性脆。蛋白石可以從溫泉、淺成熱液或地表水的硅質(zhì)溶液中形成，常與低溫石英伴生，蛋白石膠體老化能逐漸變?yōu)橛袼杌蚪Y(jié)晶石英。
4.天然火山巖礦火山巖為火山爆發(fā)后巖漿凝固后產(chǎn)生的，其化學(xué)成分復(fù)雜，主要包括SiO2、AI2O3、Fe2O3、CaO、MgO等，外觀多呈灰、白、黃等多種顏色，質(zhì)地復(fù)雜，粒度極其不均一，多有孔隙，硬度1.3-4.7不一。其主要成分為硅藻土的火山巖礦，伴生其他的偉晶巖礦，具有一定的壓電性和熱電性。
激發(fā)材料的選取激發(fā)材料中的稀土礦、稀土元素氧化物、稀土元素鹽、稀土元素單體，其都含有La、Ce、Nd、Re等稀土元素。由于稀土元素的的最外層為兩個(gè)6s電子，第三層的4f電子從0到14，尤其是原子序數(shù)小的前幾種元素4f電子層填充電子數(shù)少，這些電子結(jié)構(gòu)特征決定稀土元素容易產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移，在正常條件通過元素電荷轉(zhuǎn)移而發(fā)射能量。
由于稀土礦稀土元素化合物含量≥15％，含有其他物質(zhì)，所以其放射性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于稀土元素化合物、稀土元素鹽、稀土元素單體，滿足安全性要求。所以本發(fā)明選用稀土礦作為負(fù)離子粉體材料的激發(fā)材料。
能量傳遞材料的選取能量傳遞材料采用光催化材料，光催化材料由于具有不穩(wěn)定性和自身光活性，當(dāng)達(dá)到納米級(jí)時(shí)，會(huì)有極大的光觸媒效應(yīng)。選用光活性大的光催化材料，然后將其與天然負(fù)離子釋放材料和激發(fā)材料一起進(jìn)行超微粉碎處理，目的是增加其光活性和光觸媒效應(yīng)，同時(shí)吸收光能及激發(fā)材料的激發(fā)能量、負(fù)離子釋放材料的自極化能量，進(jìn)行表面電場(chǎng)強(qiáng)度的調(diào)節(jié)作用。如前所述的光催化材料有二氧化鈦、氧化鋅、氧化鋯等，其中效果好的光催化材料為銳鈦型二氧化鈦，其存在晶型不穩(wěn)定性，可以吸收光中紫外光，同時(shí)吸收其他能量，并以光觸媒效應(yīng)向外界發(fā)射其吸收的各種能量。
所述的超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料可通過以下方法制備將天然負(fù)離子釋放材料和稀土礦直接機(jī)械粉碎；將粉碎后的天然負(fù)離子釋放材料、稀土礦與能量傳遞材料直接加入到球磨機(jī)中，研磨4～6小時(shí)，過325目篩；將前一步驟所得復(fù)合材料與水配成漿料，并添加0.5％～5％的分散劑，用剛玉球在滾動(dòng)球磨機(jī)中研磨6～12小時(shí)；將研磨后的漿液再打入轉(zhuǎn)動(dòng)球磨機(jī)內(nèi)，研磨質(zhì)換為鋯球，轉(zhuǎn)動(dòng)研磨12～56小時(shí)；在110℃～200℃干燥，脫去料漿水分；烘干的粉體材料于氣流磨機(jī)中分散研磨，粉體材料粒度D50≤0.5微米。其中所述的分散劑為螯合型乳酸鈦鹽或單烷氧型鈦酸酯。
就本發(fā)明而言，粉碎處理技術(shù)的選取比較關(guān)鍵。通過機(jī)械研磨粉碎，改變負(fù)離子粉體材料的化學(xué)活性，同時(shí)使天然負(fù)離子釋放材料被激發(fā)材料和能量傳遞材料包裹。通過球磨機(jī)以水為介質(zhì)的粗磨研磨，能夠使粉體顆粒更加細(xì)小，包裹更加緊密和均勻。而添加的分散劑通過在粉體材料表面的包裹，阻斷其創(chuàng)新表面的直接接觸，從而使釋放負(fù)離子的粉體材料的電極性吸引力降低，減少微細(xì)顆粒的團(tuán)聚，同時(shí)在研磨時(shí)起到潤(rùn)滑作用，使粉碎更加容易。通過氣流磨的粉碎處理，是對(duì)釋放負(fù)離子的粉體材料進(jìn)行進(jìn)一步的分散和研磨，同時(shí)減去以前超細(xì)粉碎中的分揀大顆粒工序。本發(fā)明的粉碎處理技術(shù)是先機(jī)械粉碎，再濕法研磨，最后干法研磨，能夠使加工出來的超微負(fù)離子粉體材料顆粒均勻，在掃描電子顯微鏡下觀察，形狀規(guī)則圓滑，無棱角長(zhǎng)刺。解決了以前超微粉碎處理的粉體顆粒大小不均、形狀不規(guī)則和團(tuán)聚嚴(yán)重的問題。
本發(fā)明的作用機(jī)理利用天然負(fù)離子釋放材料、激發(fā)材料和能量傳遞材料直接進(jìn)行機(jī)械復(fù)合，利用激發(fā)材料的稀土元素化合物激活能量傳遞材料，產(chǎn)生光觸媒效應(yīng)，分解周圍的水分子，同時(shí)將能量又傳遞到天然負(fù)離子釋放材料上，激發(fā)天然負(fù)離子釋放材料自身的壓電性和熱電性，產(chǎn)生生物電流場(chǎng)，分解周圍的水分子，使水合羥基離子H3O2-增多，提高負(fù)離子的釋放能力。同時(shí)剩余的電能又轉(zhuǎn)移到激發(fā)材料和能量傳遞材料，激發(fā)稀土元素激活性和能量傳遞材料的光觸媒效應(yīng)。此三種材料都有自身能量的發(fā)射和傳遞，形成一個(gè)能量傳遞的循環(huán)，共同作用而分解其四周的水分子，釋放負(fù)離子。
本發(fā)明所提供的超細(xì)負(fù)離子粉體材料可廣泛應(yīng)用于陶瓷、涂料、塑料和纖維等領(lǐng)域。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、負(fù)離子釋放率大大提高，可達(dá)到2000個(gè)/s.cm3；2、生產(chǎn)為一體法粉碎處理工藝，降低了能耗，減少了粉塵污染；3、生產(chǎn)的粉體材料達(dá)到納米—亞微米級(jí)，提高了負(fù)離子釋放率和遠(yuǎn)紅外線輻射，增加了粉體材料的使用范圍；4、克服了超細(xì)粉體材料的團(tuán)聚問題；5、生產(chǎn)的超細(xì)負(fù)離子粉體材料粒度均勻，顆粒形狀為橢圓和圓形，表面光滑，無棱角長(zhǎng)刺；6、粉體材料的遠(yuǎn)紅外線輻射率達(dá)到0.91。
具體實(shí)施例方式
下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明。在以下實(shí)施例中，各原料組分的含量為重量百分比。
實(shí)施例1稱取柱狀鐵電氣石礦80％、稀土精礦10％和銳鈦型二氧化鈦10％，將天然電氣石礦、稀土礦初步機(jī)械粉碎，將天然電氣石礦、稀土礦和銳鈦型二氧化鈦通過球磨機(jī)4～6小時(shí)研磨混合，并過325目篩，將過篩后的粉體與剛玉球、水配成1∶1∶4的漿液，并加入0.5％～5％的螯合型乳酸鈦鹽或單烷氧型鈦酸酯，于滾動(dòng)球磨機(jī)研磨6～12小時(shí)，將研磨后的漿液打入轉(zhuǎn)動(dòng)球磨機(jī)內(nèi)，研磨質(zhì)換為鋯球，轉(zhuǎn)動(dòng)研磨12～56小時(shí)，在110℃～200℃干燥，脫去料漿水分，烘干的粉體于氣流磨機(jī)中分散、粉碎、研磨，最終粒度D50≤0.5微米。
測(cè)試獲得的粉體材料性能指標(biāo)①負(fù)離子釋放量。測(cè)試方法將制得的粉體材料500克放置在500毫升的自封袋中，平放桌面，均勻鋪開，用日本ECO-HOLISTIC，ING.公司生產(chǎn)的ION TESTER負(fù)離子檢測(cè)儀直接檢測(cè)負(fù)離子釋放量。②遠(yuǎn)紅外輻射。用上海技術(shù)物理研究所IRE-2紅外輻射測(cè)量?jī)x，測(cè)試溫度為50℃，所測(cè)用波段為5-14μm。③粒度分布檢測(cè).所用儀器為濟(jì)南微納儀器有限公司W(wǎng)inner2000臺(tái)式激光粒度分析儀。在表1中列出了測(cè)量結(jié)果。
實(shí)施例2按以下組分含量重復(fù)實(shí)施例1的方法柱狀鐵電氣石礦75％、稀土精礦15％、銳鈦型二氧化鈦10％。
實(shí)施例3按以下組分含量重復(fù)實(shí)施例1的方法柱狀鐵電氣石礦95％、稀土精礦2％、銳鈦型二氧化鈦3％。
實(shí)施例4
按以下組分含量重復(fù)實(shí)施例1的方法柱狀鐵電氣石礦90％、稀土精礦10％。
實(shí)施例5按以下組分含量重復(fù)實(shí)施例1的方法柱狀鐵電氣石礦90％、銳鈦型二氧化鈦10％。
表1

由實(shí)例一、二、三、四、五可以看出，只有在天然負(fù)離子釋放材料、激發(fā)材料稀土礦和能量傳遞材料光催化材料三者共同配合的作用下，才能達(dá)到最好的負(fù)離子釋放和較高遠(yuǎn)紅外輻射率。同時(shí)本發(fā)明的干濕結(jié)合粉碎制備工藝能夠達(dá)到納米-亞微米級(jí)。
權(quán)利要求
1.一種超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料，包括天然負(fù)離子釋放材料、激發(fā)材料和能量傳遞材料，按重量百分比天然負(fù)離子釋放材料含量為60％～95％，激發(fā)材料含量為2％～30％，能量傳遞材料含量為3％～25％。
2.按照權(quán)利要求1所述的超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料，其中的天然負(fù)離子釋放材料為天然電氣石礦、蛋白石礦、蛇紋石礦、火山巖礦中的一種或幾種。
3.按照權(quán)利要求1所述的超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料，其中的激發(fā)材料為稀土礦、稀土元素氧化物、稀土元素鹽、稀土元素單體中的一種或幾種。
4.按照權(quán)利要求1所述的超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料，其中的能量傳遞材料為二氧化鈦、氧化鋅和氧化鋯中的一種或幾種。
5.一種權(quán)利要求1-4的任一超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料的制備方法，其特征在于將天然負(fù)離子釋放材料、激發(fā)材料和能量傳遞材料采取干法、濕法研磨超細(xì)粉碎處理相結(jié)合的處理方式。
6.按照權(quán)利要求5所述的超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料的制備方法，其中的超細(xì)粉碎處理采用干法粉碎→濕法超細(xì)粉碎→干法超細(xì)粉碎的工藝。
7.一種權(quán)利要求1-4的任一超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料的制備方法，包括以下步驟(1)將天然負(fù)離子釋放材料和稀土礦直接機(jī)械粉碎；(2)將粉碎后的天然負(fù)離子釋放材料、稀土礦與能量傳遞材料直接加入到球磨機(jī)中，研磨4～6小時(shí)，過325目及其以上篩；(3)與步驟(2)所得復(fù)合材料與水配成漿料，并添加0.5％～5％的分散劑，用剛玉球在滾動(dòng)球磨機(jī)中研磨6～12小時(shí)；(4)將研磨后的漿液再打入轉(zhuǎn)動(dòng)球磨機(jī)內(nèi)，研磨質(zhì)換為鋯球，轉(zhuǎn)動(dòng)研磨12～56小時(shí)；(5)在110℃～200℃干燥，脫去料漿水分；(6)烘干的粉體于氣流磨機(jī)中分散研磨，使粉體材料粒度D50≤0.5微米。
8.按照權(quán)利要求7所述超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料的制備方法，其中步驟(3)中的分散劑為螯合型乳酸鈦鹽或單烷氧型鈦酸酯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超細(xì)高效負(fù)離子粉體材料及其制備方法。該粉體材料包括天然負(fù)離子釋放材料、激發(fā)材料和能量傳遞材料，按重量百分比天然負(fù)離子釋放材料含量為60％～95％，激發(fā)材料含量為2％～30％，能量傳遞材料含量為3％～25％。該粉體材料通過將天然負(fù)離子釋放材料、激發(fā)材料和能量傳遞材料采取干法、濕法研磨超細(xì)粉碎處理相結(jié)合的處理方式制備得到。本發(fā)明的粉體材料比純天然電氣石釋放負(fù)離子能力提高20倍以上，比其所用材料理論釋放負(fù)離子能力提高3倍以上，同時(shí)其粉體粒度達(dá)到納米—亞微米級(jí)。該粉體材料還具有高遠(yuǎn)紅外線輻射功能，并且安全無毒。
文檔編號(hào)C04B20/00GK1765802SQ20041005200
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月26日
發(fā)明者呂開勇, 陳明華 申請(qǐng)人:深圳市金士吉康復(fù)用品科技有限公司