一種納米氧化鋁的改性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種納米氧化鋁的改性方法。
[0002]背景介紹
[0003]近年來納米技術(shù)迅猛發(fā)展，納米材料以其特殊的物理和化學(xué)性能倍受青睞?，F(xiàn)已在微電子、化工、國防、航天等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。納米是一種新型高功能精細(xì)無機(jī)材料，自制得納米級(jí)氧化鋁粉末以來，人們對(duì)這一高新材料的認(rèn)識(shí)不斷加深，并發(fā)現(xiàn)它的許多特性。
[0004]在導(dǎo)熱填料中，納米具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和抗化學(xué)腐蝕性、良好的電絕緣性，而且價(jià)格低廉和來源廣泛而得到廣泛應(yīng)用。但是由于納米粒度小、表面能高，處于熱力學(xué)非穩(wěn)定狀態(tài)，極易聚集成團(tuán)，從而影響了納米顆粒的實(shí)際應(yīng)用效果。所以必須對(duì)納米顆粒進(jìn)行表面改性，以降低表面能，減小納米顆粒間的附聚力，改進(jìn)它在基體中的分散性和分散穩(wěn)定性，降低兩相界面張力，提高納米顆粒與基體樹脂之間的潤濕性、結(jié)合力和相容性，從而改善復(fù)合材料的綜合性能。
[0005]納米的表面改性方法主要有物理法和化學(xué)法。物理改性主要采用機(jī)械力分散和超聲波分散，機(jī)械力分散主要借助高速攪拌和高速球磨達(dá)到粒子分散的目的。超聲波分散是利用超聲空化時(shí)產(chǎn)生的局部高溫、高壓或強(qiáng)沖擊波和微射流等，弱化納米粒子間的相互作用能，防止納米團(tuán)聚而使之分散。納米吸水性強(qiáng)，因此納米粒子與水分子形成氫鍵而交聯(lián)在一起，單純用物理方法對(duì)納米表面進(jìn)行改性，得產(chǎn)物分散性較差，效果不是很理想。
[0006]化學(xué)法主要是指進(jìn)行機(jī)械力分散的同時(shí)在氧化鋁表面接枝其它化學(xué)基團(tuán)。加入一些極性較大的分散介質(zhì)可以增加潤濕力，降低液、固界面的自由能，提高納米顆粒的分散度，另外一些高分子分散劑還可以通過增大高分子物質(zhì)吸附層厚度來增加空間位阻作用，以達(dá)到抑制顆粒團(tuán)聚的目的。氧化鋁表面接枝其它化學(xué)基團(tuán)的改性，可以提高與樹脂基體的相容性增加氧化鋁的應(yīng)用范圍。但是目前制備表面改性納米氧化鋁的化學(xué)方法工藝復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種納米氧化鋁的改性方法。該方法通過對(duì)納米氧化鋁的改性，使得到的納米氧化鋁與水性聚氨酯有良好的相容性同時(shí)在光固化時(shí)與聚氨酯樹脂產(chǎn)生化學(xué)鍵，從而提高整個(gè)體系的綜合性能。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]—種納米氧化鋁的改性方法，包括如下步驟:
[0010](1)將納米a-A1203、硅烷偶聯(lián)劑和二甲苯加入到三口燒瓶中，在110?120°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)3?5h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于120?140°C的烘箱中干燥2?4h，得到改性納米氧化鋁A ；
[0011](2)將得到的A、二甲苯、催化劑和多元羧酸加入到三口燒瓶中在90?110°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)3?5h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于120?140°C的烘箱中干燥2?4h，得到改性納米氧化鋁B ;
[0012](3)在氮?dú)夥諊聦⒍惽杷狨?、阻聚劑、一端含羥基一端含紫外光敏基團(tuán)化合物、丙酮和催化劑加入到三口燒瓶中，在30?50°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)2?4h，得到溶液C；
[0013](4)將得到的C溶液溫度升高至40?70°C，然后將A慢慢滴加到C內(nèi)，反應(yīng)2?3h，得到改性納米氧化鋁D。
[0014]步驟⑴中所述的硅烷偶聯(lián)劑為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-570)、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-560)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(ΚΗ-550);納米氧化鋁與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為:(1?3): 100 二甲苯的體積分?jǐn)?shù)為90?95% ;二甲苯與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為(200?1000): 1 ;攪拌速度為400?600r/min ；
[0015]步驟(2)中的催化劑為十六烷基三甲基溴化銨、三苯基膦、三乙基芐基溴化銨、四丁基溴化銨、中的一種或幾種的混合物；多元羧酸為乙二酸、丁二酸、己二酸、癸二酸中的一種或幾種的混合物；
[0016]步驟(3)中的二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(tdi)、異佛二酮二異氰酸酯(iroi)、己二異氰酸酯(HDI)、4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種的混合物；一端含羥基一端含紫外光敏基團(tuán)化合物為季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)或甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)或丙烯酸羥乙酯(HEA) —種或幾種的混合物，阻聚劑為對(duì)苯二酚和對(duì)甲氧基酚中的一種或幾種的混合物，羥基丙烯酸酯與二異氰酸酯物質(zhì)的量比為m(羥基丙烯酸):n(有二異氰酸酯)=1: (1?3);丙酮加入量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?20% ;催化劑為二月桂酸二丁基錫；
[0017]本發(fā)明的有益效果是:通過以上反應(yīng)，合成得到改性納米氧化鋁能夠克服納米粒子在水中的團(tuán)聚現(xiàn)象和在聚氨酯樹脂中的形容性差的情形，利用雙鍵的紫外燈下的光固化，使得納米氧化鋁能夠很好的分散在樹脂中，增加聚氨酯的導(dǎo)熱性能。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是實(shí)施例并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明要求保護(hù)??圍的限制:
[0019]實(shí)施方案中所有使用的甲苯二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、己二異氰酸酯等，以及甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯都是經(jīng)過減壓蒸餾得到的，催化劑和溶劑通過分子篩處理。
[0020]實(shí)施例1
[0021](1)將納米1.02g的a-A1203、0.01gy-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)硅烷偶聯(lián)劑、0.0lg對(duì)甲氧基酚和20g 二甲苯加入到三口燒瓶中，在110°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)3h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于120°C的烘箱中干燥2h，得到改性納米氧化鋁A ;
[0022](2)在氮?dú)夥諊聦?g甲苯二異氰酸酯、0.0lg對(duì)甲氧基酚、5.13g季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、5g丙酮和0.02g催化劑加入到三口燒瓶中，在50°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)4h，得到溶液C ;
[0023](3)將得到的C溶液溫度升高至70°C，然后將A慢慢滴加到C內(nèi)，反應(yīng)3h，得到改性納米氧化鋁D。
[0024]實(shí)施例2
[0025](1)將納米3ga_Al203、0.03g硅烷偶聯(lián)劑γ -縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-560)和70g 二甲苯加入到三口燒瓶中，在120 °C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)5h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于140°C的烘箱中干燥4h，得到改性納米氧化鋁A ;
[0026](2)將得到的A、70g 二甲苯、0.04g十六烷基三甲基溴化銨和0.06g乙二酸加入到三口燒瓶中在90°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)3h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于120°C的烘箱中干燥2h，得到改性納米氧化鋁B ;
[0027]實(shí)施例3
[0028](1)將納米2ga_Al203、0.02g硅烷偶聯(lián)劑γ -氨丙基三乙氧基硅烷(ΚΗ-550)和80g 二甲苯加入到三口燒瓶中，在130°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)4h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于130°C的烘箱中干燥3h，得到改性納米氧化鋁A。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米氧化鋁的改性方法，包括如下步驟: (1)將納米α-Α1203、硅烷偶聯(lián)劑和二甲苯加入到三口燒瓶中，在110?120°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)3?5h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于120?140°C的烘箱中干燥2?4h，得到改性納米氧化鋁A ； (2)將得到的A、二甲苯、催化劑和多元羧酸加入到三口燒瓶中在90?110°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)3?5h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于120?140°C的烘箱中干燥2?4h，得到改性納米氧化鋁B ; (3)在氮?dú)夥諊聦⒍惽杷狨?、阻聚劑、一端含羥基一端含紫外光敏基團(tuán)化合物、丙酮和催化劑加入到三口燒瓶中，在30?50°C溫度范圍內(nèi)攪拌反應(yīng)2?4h，得到溶液C ; (4)將得到的C溶液溫度升高至40?70°C，然后將A慢慢滴加到C內(nèi)，反應(yīng)2?3h，得到改性納米氧化鋁D。 步驟(1)中所述的硅烷偶聯(lián)劑為γ_甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-570)、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(ΚΗ-560)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(ΚΗ-550);納米氧化鋁與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為:(1?3): 100 二甲苯的體積分?jǐn)?shù)為90?95% ;二甲苯與硅烷偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為(200?1000): 1 ;攪拌速度為400?600r/min ； 步驟(2)中的催化劑為十六烷基三甲基溴化銨、三苯基膦、三乙基芐基溴化銨、四丁基溴化銨、中的一種或幾種的混合物；多元羧酸為乙二酸、丁二酸、己二酸、癸二酸中的一種或幾種的混合物； 步驟(3)中的二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛二酮二異氰酸酯(IPDI)、己二異氰酸酯(HDI)、4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種的混合物；一端含羥基一端含紫外光敏基團(tuán)化合物為季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)或甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)或丙烯酸羥乙酯(HEA) —種或幾種的混合物，阻聚劑為對(duì)苯二酚和對(duì)甲氧基酚中的一種或幾種的混合物，羥基丙烯酸酯與二異氰酸酯物質(zhì)的量比為:n(羥基丙烯酸):n(有二異氰酸酯)=1: (1?3);丙酮加入量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?20% ;催化劑為二月桂酸二丁基錫。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種納米氧化鋁的改性方法。該方法利用不同硅烷偶聯(lián)劑改性納米氧化鋁，然后利用硅烷偶聯(lián)劑的環(huán)氧鍵與羧基反應(yīng)或者氨基鍵與半封端異氰酸酯鍵反應(yīng)引入雙鍵，改性后方的納米氧化鋁能夠很好的分散在水性聚氨酯中，在光固化的過程中參與反應(yīng)，使得納米氧化鋁與樹脂基體能夠很好的結(jié)合，涂層的導(dǎo)熱性能優(yōu)異。
【IPC分類】C09C3/08, C09C3/12, C09C1/40
【公開號(hào)】CN105348867
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510940729
【發(fā)明人】姚伯龍, 高旭瑞, 姜峻, 王利魁, 鄧麗朵
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日