核壳氧化锌粉末及其氨式制备方法技术

一种核壳氧化锌粉末，包含多个平均粒径范围为2-15μm的基本粒子。每一个基本粒子具有：一个核心，及一层包覆该核心的壳层。该核心由含钙化合物构成。该壳层由数个概呈片状的氧化锌所构成。前述核壳氧化锌粉末是以含钙化合物的表面作为模板，使碳酸锌在含钙化合物上缓慢长晶，最后再将其煅烧而制成。本发明专利技术的核壳氧化锌在硫化橡胶中具有良好的分散性及加工性，因此在硫化的过程中能充分地让橡胶硫化，提升橡胶的抗拉强度、延伸率及撕裂强度，并且保有良好的硫变数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种氧化锌，特别是涉及一种核壳氧化锌粉末及其制备方法。
技术介绍
线形高分子的性能通常较差，不仅在成型上较为不易、于受热时容易变软、遇冷时会变硬变脆，并且容易磨损和老化。但是在经过交联后，线形高分子间彼此相互连接，构成三维网状结构，借此稳定了立体结构，提高整体的强度、弹性、耐磨性、抗腐蚀性等等，因此交联已成了线形高分子改性的重要方式。最早发现能将线形高分子进行交联的交联剂是硫磺，因此交联也得名为「硫化」。一般需经过硫化的橡胶种类包含天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、丁腈胶等。随着技术的演进，已发现在橡胶硫化时除了添加必要的交联剂之外，还能添加其他辅助品来帮助硫化的进行，所谓的辅助品包含了促进剂以及活化剂，氧化锌即包含于此类辅助品中。氧化锌是一种白色或浅黄色粉末，不溶于水，能溶于强酸和强碱，现已广泛用于橡胶硫化工业。然而，在制造氧化锌时，所产生的废水会含有锌，其会对水生生物的幼体有较大的影响，如果在制程中能减少所需的锌，便能有效降低废水中的锌含量，避免前述问题发生。只是在减少锌使用量的同时，会降低氧化锌的锌含量，当此种氧化锌用于橡胶硫化，会使其硫化程度不足，进而影响橡胶整体的物性表现。针对前述问题，已有相关技术方案提出，以专利CN103663541A为例，其公开一种以氨铵法制作的核壳氧化锌，核心采用氧化镁及碳酸钙，且整体粒径为60nm。在添加与现有相等的量下，具有相同的硫化效果，能作为现有氧化锌的替代品。但是此种核壳氧化锌无法提升橡胶物性，因此仍然有改进的空间。再以专利CN103818945A为例，其公开一种核壳结构的氧化锌，采用硫酸锌为反应物，并加入氧化镁及硅微粉作为活性剂搅拌20分钟，而后加入碳酸钠沉淀锌离子，并控制pH值于7～9。此种核壳结构的氧化锌呈颗粒状，且粒径约为60nm，通过将部分的氧化锌以氧化镁及硅微粉取代，能降低锌的使用，在等量试验下橡胶物性表现几乎相同，可以做为现有氧化锌的替代品。此种核壳氧化锌虽然能降低制程中锌的使用，并维持橡胶硫化的程度，但却无法提升橡胶的物性，因此依然有改进的空间。前述的氧化锌皆能降低制程中锌的使用，并维持橡胶硫化的程度，然而，却无法提升橡胶的物性，所以依然有改进的空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能提高硫化橡胶的抗拉强度、延伸率、撕裂强度，并且能保有良好硫变数据，且以较少量的方式添加仍能维持橡胶物理特性的核壳氧化锌粉末。本专利技术的核壳氧化锌粉末，包含多个平均粒径为2-15μm的基本粒子，每一个基本粒子包括：一个核心，及一层包覆该核心的壳层。该核心由含钙化合物构成。该壳层由数个概呈片状的氧化锌所构成。较佳地，所述基本粒子的平均粒径范围为4-8μm。较佳地，所述基本粒子的Zn/Ca的重量比值为不大于7/3。更佳地，Zn/Ca的重量比值介于2/8至7/3。较佳地，该核心的含钙化合物为碳酸钙。更佳地，碳酸钙来源为天然矿石。天然矿石较佳地选自蒙脱土、高岭土、硅藻土或大理石粉末。最佳地选自大理石粉末。本专利技术的另一个目的在于提供一种制造前述核壳氧化锌粉末的氨式制备方法。本专利技术的核壳氧化锌粉末的氨式制备方法，包含以下步骤：(1)提供锌氨错盐溶液，将该锌氨错盐溶液与含钙化合物混合后获得混合物；(2)均匀搅拌该混合物，并同时使该混合物于不低于80℃及低于100℃的温度下除氨，获得除氨混合物；(3)将该除氨混合物除水，获得中间产物；及(4)煅烧该中间产物，获得该核壳氧化锌粉末。当温度低于80℃时，碳酸锌沉积至碳酸钙表面的速度过慢，影响其结晶速度及产物的型态，而高于100℃则使溶液沸腾，难以控制产物的结晶。因此较佳地，该步骤(2)是于85℃至95℃下除氨，更佳地是于92～94℃下除氨，最佳地是于93℃除氨。在该步骤(2)中经过7小时的赶氨并检验滤液，几乎无残留锌，因此较佳地，该步骤(2)的除氨时间为至少7小时。当该混合物的Zn/Ca的重量比值超出7/3时，造成壳层的片状氧化锌过大，反而造成极性增显，降低分散性。该混合物的Zn/Ca的重量比值低于2/8时，该混合物将难以搅拌，有操作上的困难。因此较佳地，该混合物所含的Zn/Ca的重量比值为不大于7/3。更佳地，Zn/Ca的重量比值介于2/8至7/3。较佳地，该核壳氧化锌粉末的基本粒子的平均粒径范围为4-8μm。较佳地，该步骤(1)的含钙化合物为碳酸钙。更佳地，碳酸钙来源为天然矿石。天然矿石选自蒙脱土、高岭土、硅藻土或大理石粉末。最佳地选自大理石粉末。较佳地该锌氨错盐溶液含有Zn(NH3)n(HCO3)2的锌氨错盐，n为1～6。较佳地，锌离子浓度介于8wt％至20wt％，更佳地，锌离子浓度介于8wt％至11wt％。较佳地，该步骤(4)的煅烧温度为350℃，并且持温煅烧至少40分钟，即能将碳酸锌煅烧成氧化锌。更佳地，持温煅烧为40至120分钟。本专利技术的有益效果在于：本专利技术核壳氧化锌能作为橡胶的硫化促进剂或活化剂，其表面呈片状结构，能提供足够的反应面积，并降低核壳氧化锌的极性，进而降低团聚的情形，提升在橡胶中的分散性及加工性，因此在硫化的过程中能充分地让橡胶硫化，能使橡胶具有更高的抗拉强度、延伸率及撕裂强度，另外以较少量的方式添加下，仍能维持橡胶物理特性，并且保有良好的硫变数据。附图说明本专利技术的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：图1是一扫描式电子显微镜照片，说明本专利技术实施例1的Zn/Ca重量比值为3/7的核壳氧化锌；图2是一扫描式电子显微镜照片，说明本专利技术实施例2的Zn/Ca重量比值为1/1的核壳氧化锌；图3是一扫描式电子显微镜照片，说明本专利技术实施例3的Zn/Ca重量比值为7/3的核壳氧化锌；图4是一扫描式电子显微镜照片，说明比较例的法国法氧化锌。具体实施方式[实施例1]氨式制备方法本实施例是以含钙化合物的表面作为模板，使碳酸锌在含钙化合物上缓慢长晶，最后再将其煅烧成为氧化锌包覆氧化钙的核壳氧化锌。在本实施例中，含钙化合物为碳酸钙，且碳酸钙的来源采用大理石粉末。本制备方法包含以下步骤：步骤一：取特定量的金属工业所余留的含锌废料，加入氨水及碳酸氢铵将锌溶出，再去除其内所含的重金属，获得锌氨错盐溶液，其中，该锌氨错盐溶液的锌离子浓度为9wt％，且所含的错盐为Zn(NH3)n(HCO3)2，n为1～6。步骤二：取该锌氨错盐溶液500g，并置入一个容积为1L的烧杯中，再加入粒径小于0.5μm的大理石粉末201.3g，经均匀搅拌混合后获得混合物。其中，该混合物的Zn/Ca重量比值为3/7。步骤三：继续均匀搅拌该混合物，并同时对该混合物加热至93℃以除去氨，通过长时间地维持高温而将氨去除，迫使碳酸锌沉积并包覆大理石粉末。当除氨时间维持7小时后，不再有氨味产生，此时即获得除氨混合物。步骤四：将该除氨混合物过滤除水并获得沉淀物，再以3L的水量洗涤该沉淀物，而后以烘箱100℃烘烤4小时干燥，获得中间产物。该中间产物即为被碳酸锌包覆的大理石粉末粒子。步骤五：以350℃并且持温40分钟煅烧该中间产物，使碳酸锌分解形成氧化锌，获得核壳氧化锌粉末。该核壳氧化锌粉末包含多个平均粒径为2-15μm的基本粒子，每一个基本粒子包括一个由本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳氧化锌粉末，其特征在于：包含多个平均粒径为2‑15μm的基本粒子，每一个基本粒子包括：一个核心，由含钙化合物构成；及一层壳层，包覆该核心，并由数个概呈片状的氧化锌所构成。

【技术特征摘要】
1.一种核壳氧化锌粉末，其特征在于：包含多个平均粒径为2-15μm的基本粒子，每一个基本粒子包括：一个核心，由含钙化合物构成；及一层壳层，包覆该核心，并由数个概呈片状的氧化锌所构成。2.根据权利要求1所述的核壳氧化锌粉末，其特征在于：所述基本粒子的平均粒径为4-8μm。3.根据权利要求1所述的核壳氧化锌粉末，其特征在于：所述基本粒子的Zn/Ca重量比值不大于7/3。4.根据权利要求3所述的核壳氧化锌粉末，其特征在于：所述基本粒子的Zn/Ca重量比值介于2/8至7/3。5.根据权利要求1所述的核壳氧化锌粉末，其特征在于：该核心的含钙化合物为碳酸钙。6.根据权利要求5所述的核壳氧化锌粉末，其特征在于：碳酸钙来源为天然矿石，天然矿石选自蒙脱土、高岭土、硅藻土或大理石粉末。7.一种制造根据权利要求1所述的核壳氧化锌粉末的氨式制备方法，其特征在于包含以下步骤：(1)提供锌氨错盐溶液，将该锌氨错盐溶液与含钙化合物混合后获得混合物；(2)均匀搅拌该混合物，并同时使该混合物于不低于80℃及低于100℃的温度下除氨，获得除氨混合物；(3)将该除氨混合物除水，获得中间产物；及(4)煅烧该中间产物，获得该核壳氧化锌粉末。8.根据权利要求7所述的氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俐心，陈建仁，邱辉煌，
申请(专利权)人：陆昌化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71