專利名稱：無機晶須表面處理的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種無機晶須表面處理的方法，具體是針對無機晶須的表面處理從而改善其與高分子樹脂基體親和性的方法。屬于材料領域。
背景技術：
晶須是在人工控制條件下以單晶形式生長成的一種纖維，一般直徑為零點幾微米，長幾十微米，是一種理想而無缺陷的完整晶體，由于其直徑非常小，以致難以容納在大晶體中常出現(xiàn)的缺陷，因而強度接近于完整晶體的理論值。
由于無機晶須的表面能高，易團聚，表面活性基團數(shù)目相對較少，因而與塑料基體間的界面作用是決定晶須性能能否在復合材料中充分體現(xiàn)的關鍵因素。因此，對無機晶須進行表面改性并且采取各種途徑提高改性的效果是目前晶須復合材料研究的難點和熱點。目前大多數(shù)研究者采用的直接偶聯(lián)法效果并不顯著。經(jīng)文獻檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?8106414.9，公開號為1032152，名稱為氧化鋁包覆的碳化硅晶須-氧化鋁復合材料，該專利技術表述為本發(fā)明提供一種具有SiC須晶強化氧化鋁基體之基底的機械產(chǎn)品，其外表面還具有氧化鋁覆層。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，這些制品可用作鋼的高速粗加工刀具鑲片。其特征為針對SiC晶須進行無機包Al2O3處理。該法應用領域很窄，僅限于SiC晶須，對其他無機粒子未涉及，而且所用基體為金屬基，與聚合物性質(zhì)有很大的不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種無機晶須表面處理的方法，即無機晶須表面改性后改善與聚合物基體親和性的方法，使其得到的復合材料力學性能有較大提高，無機晶須與高分子基體能很好地相容。
本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明首先對無機晶須進行無機包覆，然后采用偶聯(lián)劑進行表面有機改性，將改性過的無機晶須與聚合物進行熔融共混，得到優(yōu)良力學性能的無機晶須/聚合物復合材料。本發(fā)明首次采用無機包覆-有機偶聯(lián)改性相結(jié)合的方式，較大的改善了無機晶須和聚合物基的親和性。
以下對本發(fā)明作進一步的描述，方法步驟如下(1)無機晶須表面無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散。按包覆量5％-10％稱取包覆前驅(qū)體，制成稀溶液，在攪拌狀態(tài)下慢慢加入前驅(qū)體溶液，單滴法緩慢加入0.1％重量百分比的稀硫酸至pH在8-10之間，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到無機包覆后的無機晶須樣品；(2)無機晶須表面有機改性偶聯(lián)劑用量為粉體1％，加入到95％乙醇溶液或水溶液中，加入粉體，超聲分散。保持溫度60℃下攪拌至少4小時，過濾干燥得到偶聯(lián)劑改性后的無機晶須樣品；(3)熔融共混復合機械攪拌下熔融共混晶須與聚合物混合料，在加工溫度下共混，共混溫度和時間根據(jù)具體的聚合物確定，得到優(yōu)良力學性能的無機晶須/聚合物復合材料。
本發(fā)明所適用的晶須包括鈦酸鉀晶須、氧化鋅晶須、硼酸鋁晶須、硫酸鈣晶須等大多數(shù)無機晶須。
本發(fā)明無機包覆包括包硅、包鋁，所用前驅(qū)體為普通的化學試劑。包硅一般用硅酸鈉，滴入稀硫酸調(diào)整pH值；包鋁一般用鋁酸鈉，滴入稀硫酸或硫酸鋁調(diào)整pH值。
所述的包硅，是在無機晶須表面包覆一層致密SiO2膜。其過程為晶須按固含量10％與水混合，快速分散。按包覆量5％-10％稱取硅酸鈉，配成稀溶液，在攪拌狀態(tài)下加入硅酸鈉溶液，然后緩慢滴入稀硫酸至pH＝9.5值，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到包硅后的晶須樣品。
所述的包鋁，是在無機晶須表面包覆一層致密Al2O3膜。其過程為晶須按固含量10％與水混合，快速分散。按包覆量5％-10％稱取鋁酸鈉，配成稀溶液，在攪拌狀態(tài)下加入鋁酸鈉溶液，然后緩慢滴入稀硫酸鋁至pH＝5，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到包硅后的晶須樣品。包覆機理大體同上。
本發(fā)明有機改性所用偶聯(lián)劑為市售硅烷偶聯(lián)劑或鋁酸酯偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑，根據(jù)晶須和聚合物基體性質(zhì)選用適當?shù)男吞?。硅烷偶?lián)劑的通式為RSiX3，式中R代表氨基、巰基、乙烯基、環(huán)氧基、氰基及甲基丙烯酰氧基等基團，這些基團和不同的基體樹脂均具有較強的反應能力，X代表能夠水解的烷氧基(如甲氧基、乙氧基等)。硅烷偶聯(lián)劑常用牌號有KH-550、KH-560、KH-570等。鋁酸酯偶聯(lián)劑也廣泛適用于塑料(聚氯乙烯、ABS、聚苯乙烯、聚碳酸酯。聚酰胺、聚乙烯、聚丙稀)、橡膠、涂料、層壓制品、阻燃劑等生產(chǎn)領域，能大幅度改善制品加工性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量。鋁酸酯偶聯(lián)劑常用牌號有DL-411、DL-414等。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明利用的原料易得且生產(chǎn)成本較低，生產(chǎn)成本較低，有利于技術推廣；表面改性方法操作過程簡單，產(chǎn)業(yè)化可行性高，適合大規(guī)?；a(chǎn)；得到的復合材料力學性能有較大提高，有較高的實用價值；本方法是用于眾多無機晶須乃至無機粒子的改性，從而改善與高分子樹脂基體親和性，具有普適性。
具體實施例方式
結(jié)合本發(fā)明的內(nèi)容提供以下實施例，得到的晶須樣品表面包覆上一層致密均勻的SiO2膜，改性后的六鈦酸鉀晶須與聚烯烴的相容情況大大改善，晶須與聚合物之間出現(xiàn)粘結(jié)，親和性明顯提高。
實施例11.鈦酸鉀晶須無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散，得分散液A。按包覆量5％(SiO2/TiO2重量比)稱取硅酸鈉，配成稀水溶液B。在85℃、攪拌狀態(tài)下將B加入A中，然后緩慢滴入0.1％重量百分比的稀硫酸至pH＝9.5，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到包硅后的鈦酸鉀晶須樣品；2.鈦酸鉀晶須表面有機改性用量為粉體1％的硅烷偶聯(lián)劑加入95％乙醇溶液后，再加入粉體，對混合漿料進行超聲分散。保持60℃攪拌0.5h，過濾干燥得到硅烷偶聯(lián)劑改性后的鈦酸鉀晶須樣品；3.熔融共混按鈦酸鉀晶須重量百分比5％、10％稱取晶須和聚烯烴，攪拌均勻，機械攪拌下熔融共混晶須與PO混合粉料，加工溫度200℃，共混時間10分鐘，得到優(yōu)良力學性能六鈦酸鉀晶須/聚烯烴復合材料。
上述方法得到的六鈦酸鉀晶須/聚烯烴復合材料，缺口沖擊強度較原來基本保持不變，5％和10％配方拉伸強度分別提高約14％和40％。
實施例21.鈦酸鉀晶須無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散，得分散液A。按包覆量10％(SiO2/TiO2重量比)稱取硅酸鈉，配成稀水溶液B。在85℃、攪拌狀態(tài)下將B加入A中，然后緩慢滴入0.1％重量百分比的稀硫酸至pH＝9.5，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到包硅后的鈦酸鉀晶須樣品；2.鈦酸鉀晶須表面有機改性用量為粉體1％的硅烷偶聯(lián)劑加入95％乙醇溶液后，再加入粉體，對混合漿料進行超聲分散。保持60℃攪拌0.5h，過濾干燥得到硅烷偶聯(lián)劑改性后的鈦酸鉀晶須樣品；3.熔融共混按鈦酸鉀晶須重量百分比5％、10％稱取晶須和聚烯烴，攪拌均勻，機械攪拌下熔融共混晶須與PO混合粉料，加工溫度200℃，共混時間10分鐘，得到優(yōu)良力學性能六鈦酸鉀晶須/聚烯烴復合材料。
上述方法得到的六鈦酸鉀晶須/聚烯烴復合材料，缺口沖擊強度較原來基本保持不變，5％和10％配方拉伸強度分別提高約16％和43％。
實施例31.鈦酸鉀晶須無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散，得分散液A。按包覆量7.5％(Al2O3/TiO2重量比)稱取鋁酸鈉，配成稀水溶液B。在85℃、攪拌狀態(tài)下將B加入A中，然后緩慢滴入0.1％的重量百分比的稀硫酸鋁溶液至pH＝9.5，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到包鋁后的鈦酸鉀晶須樣品；2.鈦酸鉀晶須表面有機改性用量為粉體1％的鋁酸酯偶聯(lián)劑加入95％乙醇溶液后，再加入粉體，對混合漿料進行超聲分散。保持60℃攪拌0.5h，過濾干燥得到鋁酸酯偶聯(lián)劑改性后的鈦酸鉀晶須樣品；3.熔融共混按鈦酸鉀晶須重量百分比5％、10％稱取晶須和聚烯烴，攪拌均勻，機械攪拌下熔融共混晶須與PO混合粉料，加工溫度200℃，共混時間10分鐘，得到優(yōu)良力學性能六鈦酸鉀晶須/聚烯烴復合材料。
上述方法得到的六鈦酸鉀晶須/聚烯烴復合材料，缺口沖擊強度較原來基本保持不變，5％和10％配方拉伸強度分別提高約17％和45％。
實施例41.硼酸鋁晶須無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散，得分散液A。按包覆量5％(SiO2/B2O3重量比)稱取硅酸鈉，配成稀水溶液B。在85℃、攪拌狀態(tài)下將B加入A中，然后緩慢滴入0.1％稀硫酸(wt％)至pH＝8.5，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到包硅后的硼酸鋁晶須樣品；2.硼酸鋁晶須表面有機改性用量為粉體1％的硅烷偶聯(lián)劑加入95％乙醇溶液后，再加入粉體，對混合漿料進行超聲分散。保持60℃攪拌0.5h，過濾干燥得到硅烷偶聯(lián)劑改性后的硼酸鋁晶須樣品；3.熔融共混按硼酸鋁晶須重量百分比5％、10％稱取晶須和聚烯烴，攪拌均勻，機械攪拌下熔融共混晶須與PO混合粉料，加工溫度200℃，共混時間10分鐘，得到優(yōu)良力學性能硼酸鋁晶須/聚烯烴復合材料。
上述方法得到的硼酸鋁晶須/聚烯烴復合材料，缺口沖擊強度較原來基本保持不變，5％和10％配方拉伸強度分別提高約12％和36％。
實施例51.硼酸鋁晶須無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散，得分散液A。按包覆量10％(Al2O3/B2O3重量比)稱取鋁酸鈉，配成稀水溶液B。在85℃、攪拌狀態(tài)下將B加入A中，然后緩慢滴入0.1％重量百分比的稀硫酸鋁溶液至pH＝8.5，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到包鋁后的硼酸鋁晶須樣品；2.硼酸鋁晶須表面有機改性用量為粉體1％的鋁酸酯偶聯(lián)劑加入95％乙醇溶液后，再加入粉體，對混合漿料進行超聲分散。保持60℃攪拌0.5h，過濾干燥得到鋁酸酯偶聯(lián)劑改性后的硼酸鋁晶須樣品；3.熔融共混按硼酸鋁重量百分比5％、10％稱取晶須和聚烯烴，攪拌均勻，機械攪拌下熔融共混晶須與PO混合粉料，加工溫度200℃，共混時間10分鐘，得到優(yōu)良力學性能硼酸鋁晶須/聚烯烴復合材料。
上述方法得到的的硼酸鋁晶須/聚烯烴復合材料，缺口沖擊強度較原來基本保持不變，5％和10％配方拉伸強度分別提高約20％和47％。
實施例61.硼酸鋁晶須無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散，得分散液A。按包覆量7.5％(Al2O3/B2O3重量比)稱取鋁酸鈉，配成稀水溶液B。在85℃、攪拌狀態(tài)下將B加入A中，然后緩慢滴入0.1％重量百分比稀硫酸鋁溶液至pH＝8.5，保溫陳化5h。過濾洗滌干燥得到包鋁后的硼酸鋁晶須樣品；2.硼酸鋁晶須表面有機改性用量為粉體1％的鋁酸酯偶聯(lián)劑加入95％乙醇溶液后，再加入粉體，對混合漿料進行超聲分散。保持60℃攪拌0.5h，過濾干燥得到鋁酸酯偶聯(lián)劑改性后的硼酸鋁晶須樣品；3.熔融共混按硼酸鋁重量百分比5％、10％稱取晶須和聚烯烴，攪拌均勻，機械攪拌下熔融共混晶須與PO混合粉料，加工溫度200℃，共混時間10分鐘，得到優(yōu)良力學性能硼酸鋁晶須/聚烯烴復合材料。
上述方法得到的硼酸鋁晶須/聚烯烴復合材料，缺口沖擊強度較原來基本保持不變，5％和10％配方拉伸強度分別提高約21％和49％。
權(quán)利要求
1.一種無機晶須表面處理的方法，其特征在于，首先對無機晶須進行無機包覆，然后采用偶聯(lián)劑進行表面有機改性，將改性過的無機晶須與聚合物進行熔融共混，得到無機晶須/聚合物復合材料，方法步驟如下(1)無機晶須表面無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散，按包覆量5％-10％稱取包覆前驅(qū)體，制成稀溶液，在攪拌狀態(tài)下慢慢加入前驅(qū)體溶液，單滴法緩慢加入0.1％重量百分比的稀硫酸至pH在8-10之間，保溫陳化5h，過濾洗滌干燥得到無機包覆后的無機晶須樣品；(2)無機晶須表面有機改性偶聯(lián)劑用量為粉體，加入到乙醇溶液或水溶液中，加入粉體，超聲分散，保溫攪拌，過濾干燥得到偶聯(lián)劑改性后的無機晶須樣品；(3)熔融共混復合機械攪拌下熔融共混晶須與聚合物混合料，在加工溫度下共混，共混溫度和時間根據(jù)具體的聚合物確定，得到優(yōu)良力學性能的無機晶須/聚合物復合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機晶須表面處理的方法，其特征是，所述的無機包覆為包硅或包鋁，所用前驅(qū)體為普通的化學試劑，包硅用硅酸鈉，滴入稀硫酸調(diào)整pH值，包鋁用鋁酸鈉，滴入稀硫酸或硫酸鋁調(diào)整pH值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無機晶須表面處理的方法，其特征是，所述的包硅，是在無機晶須表面包覆一層致密SiO2膜，其過程為晶須按固含量10％與水混合，快速分散，按包覆量5％-10％稱取硅酸鈉，配成稀溶液，在攪拌狀態(tài)下加入硅酸鈉溶液，然后緩慢滴入稀硫酸至pH＝9.5值，保溫陳化5h，過濾洗滌干燥得到包硅后的晶須樣品；所述的包鋁，是在無機晶須表面包覆一層致密Al2O3膜，其過程為晶須按固含量10％與水混合，快速分散，按包覆量5％-10％稱取鋁酸鈉，配成稀溶液，在攪拌狀態(tài)下加入鋁酸鈉溶液，然后緩慢滴入稀硫酸鋁至pH＝5，保溫陳化5h，過濾洗滌干燥得到包硅后的晶須樣品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機晶須表面處理的方法，其特征是，所述的無機晶須表面有機改性，所用的偶聯(lián)劑是硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的無機晶須表面處理的方法，其特征是，所述的有機改性中，偶聯(lián)劑用量為粉體1％，加入到95％乙醇溶液中，加入粉體，超聲分散，保持溫度60℃下攪拌至少4小時，過濾干燥得到偶聯(lián)劑改性后的無機晶須樣品。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無機晶須表面處理的方法，其特征是，適用于鈦酸鉀晶須、氧化鋅晶須、硼酸鋁晶須、硫酸鈣晶須。
全文摘要
一種無機晶須表面處理的方法，屬于材料領域。方法為無機晶須表面無機包覆晶須按固含量10％與水混合，快速分散，按包覆量5％－10％稱取包覆前驅(qū)體，制成稀溶液，在攪拌狀態(tài)下慢慢加入前驅(qū)體溶液，單滴法緩慢加入0.1％重量百分比的稀硫酸至pH在8－10之間，保溫陳化5h，過濾洗滌干燥得到無機包覆后的無機晶須樣品；無機晶須表面有機改性偶聯(lián)劑用量為粉體，加入到乙醇溶液或水溶液中，加入粉體，超聲分散，保溫攪拌，過濾干燥得到偶聯(lián)劑改性后的無機晶須樣品；熔融共混復合機械攪拌下熔融共混晶須與聚合物混合料，在加工溫度下共混，得到無機晶須/聚合物復合材料。本發(fā)明成本低，工藝簡單，得到復合材料力學性能有較大提高，具有普適性。
文檔編號C08K9/00GK1556154SQ20041001567
公開日2004年12月22日 申請日期2004年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月8日
發(fā)明者郭明波, 徐宏, 古宏晨 申請人:上海交通大學