專利名稱：采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機氧化物溶膠，特別涉及采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
有機-無機雜化聚合物材料通過有機高分子材料和無機材料的分子水平的復(fù)合，從而兼具兩類材料的優(yōu)點。如有機-無機雜化材料具有無機材料的良好的耐熱性和剛性，同時還具有有機高分子材料良好的加工性和韌性。特別是當無機雜化聚合物材料的有機相區(qū)與無機相區(qū)尺寸均在納米范圍內(nèi)，這種精密的混合可以使這類材料在光學(xué)透明性、可調(diào)折射率、力學(xué)性能、耐高溫、耐磨損、柔韌性、功能性等方面表現(xiàn)出單純有機高分子材料或無機材料所不具備的優(yōu)越性能。
有機-無機雜化材料的一種重要的制備方法是溶膠-凝膠法。在溶膠-凝膠法制備雜化材料中，關(guān)鍵的技術(shù)問題是如何保證制備過程中溶膠體系的穩(wěn)定性，從而確保無機相在有機相中實現(xiàn)“分子水平”的分散。因為在雜化過程中一旦溶膠體系失去穩(wěn)定性，無機粒子將相互聚結(jié)變大，導(dǎo)致沉聚，使雜化材料中無機相的尺寸過大，出現(xiàn)相分離，影響最終雜化材料的性能。
因此，為了提高溶膠體系的穩(wěn)定性，通常是在其中加入添加劑以實現(xiàn)對溶膠體系的改性。公開號為CN1451632的專利采用乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑，制備了鋯鈦酸鉛的穩(wěn)定溶膠。而公開號為CN1556065的專利以乙酰丙酮、二甲基甲酰胺、乙酰乙酸乙酯、戊二酮和醋酸等有機物中的一種或一種以上作絡(luò)合劑，無機酸作共溶劑，水和醇作溶劑，制備了穩(wěn)定的BaO、B2O3、SiO2溶膠，溶膠的穩(wěn)定期可達45天，固含量最高可達18％。專利JP2002060651制備了透明性和穩(wěn)定性均良好的金屬氧化物溶膠。公開號為CN1648043采用疏水溶劑置換出原溶膠中的醇溶劑，通過疏水基團的作用使氧化硅顆粒均勻分散，得到穩(wěn)定的氧化硅溶膠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供具有穩(wěn)定性好、受熱或長期存儲過程中溶膠粒子不團聚，其透明性保持不變的采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠。
本發(fā)明的另一目的是提供一種采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠的制備方法。
本發(fā)明的采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠是由高分子化合物和無機氧化物溶膠組成，其中高分子化合物占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～5wt％；無機氧化物溶膠由無機氧化物和溶劑組成，其中無機氧化物占無機氧化物溶膠總量的1wt％～40wt％。
本發(fā)明的采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠的制備方法是在常壓、室溫～100℃的溫度條件下，將占溶膠產(chǎn)品總量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到無機氧化物溶膠中，在回流的條件下，攪拌1～2小時，得到采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠。
所述的無機氧化物溶膠由無機氧化物和溶劑組成，其中無機氧化物占無機氧化物溶膠總量的1wt％～40wt％；溶劑可以是水、醇或水與醇的混合溶劑，混合溶劑中的水優(yōu)選占3wt％～95wt％。
所述的醇是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇中的一種或一種以上的混合物。
所述的無機氧化物選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氧化鈣、五氧化二銻、二氧化鈰、氧化釔、氧化鋅、氧化鎳、氧化鉻、氧化鈦中的一種或一種以上的混合物。
所述的高分子化合物選自聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚氧乙烯(PEO)、聚苯乙烯(PS)中的一種或一種以上的混合物，占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～5wt％。
所述的聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯的分子量在200～50000之間，其中聚乙二醇的平均分子量優(yōu)選為200～8000，優(yōu)選占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～2wt％；聚氧乙烯的平均分子量為200～800，優(yōu)選占溶膠產(chǎn)品總量的0.1wt％～1wt％。
所述的聚乙烯醇的平均聚合度為100～2000，優(yōu)選占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～5wt％；平均聚合度為300～1000，更優(yōu)選占溶膠產(chǎn)品總量的0.1wt％～4wt％。
本發(fā)明的采用高分子化合物改性的無機氧化物溶膠穩(wěn)定劑具有穩(wěn)定性好、受熱或長期存儲過程中溶膠粒子不團聚，其透明性保持不變的特點。特別是在將本發(fā)明的無機氧化物溶膠穩(wěn)定劑作為添加劑或改性劑加入到高分子材料中制備復(fù)合材料時，即使在反應(yīng)溫度高達200℃的條件下，無機氧化物相仍能在整個制備過程中保持穩(wěn)定，不團聚，從而得到性能優(yōu)良的有機/無機雜化材料。
具體實施例方式
實施例1在二氧化鋯溶膠體系(二氧化鋯占溶膠總量的20wt％，溶劑為水)中加入占溶膠產(chǎn)品總量1wt％的PEG(平均分子量為1000)，在常壓、50℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化鋯溶膠。
實施例2在二氧化鋯和氧化鋁混合溶膠體系(二氧化鋯占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的10wt％，溶劑為乙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量為1wt％的PVA(平均聚合度為2000)，在常壓、40℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化鋯和氧化鋁復(fù)合溶膠。
實施例3在二氧化硅溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的25wt％，溶劑為水與乙醇的混合物，兩者重量比為3∶1)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.5wt％的PEG(平均分子量為4000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.1wt％的PVA(平均聚合度為1000)，在常壓、60℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅溶膠。
實施例4在二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的5wt％，氧化鈦占溶膠總量的5wt％，溶劑為水)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.01wt％的PS(平均分子量為50000)和占溶膠產(chǎn)品總量5wt％的PVA(平均聚合度為100)，在常壓、50℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠。
實施例5在二氧化鋯溶膠體系(二氧化鋯占溶膠總量的20wt％，溶劑為丙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量1wt％的PEG(平均分子量為1000)，在常壓、80℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化鋯溶膠。
實施例6在二氧化鋯和氧化鋁混合溶膠體系(二氧化鋯占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的10wt％，溶劑為乙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量為1wt％的PEO(分子量為200)，在常壓、40℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化鋯和氧化鋁復(fù)合溶膠。
實施例7在二氧化硅溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的25wt％，溶劑為水與乙醇的混合物，兩者重量比為3∶1)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.5wt％的PEG(平均分子量為4000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.1wt％的PEO(分子量為400)，在常壓、60℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅溶膠。
實施例8在二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的5wt％，氧化鈦占溶膠總量的5wt％，溶劑為摩爾比1∶10的水和丙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.5wt％的PEG(平均分子量為2000)、占溶膠產(chǎn)品總量為0.1wt％的PVA(平均聚合度為1000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.05％的PS(分子量400)，在常壓、90℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠。
實施例9在二氧化硅和氧化鈣復(fù)合溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的5wt％，氧化鈣占溶膠總量的5wt％，溶劑為丙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.1wt％的PVA(平均聚合度為2000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.05％的PS(分子量800)，在常壓、90℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅和氧化鈣復(fù)合溶膠。
實施例10在二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的5wt％，氧化鈦占溶膠總量的5wt％，溶劑為摩爾比1∶10∶10的水、丙醇和丁醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.5wt％PEG(平均分子量為2000)、占溶膠產(chǎn)品總量為0.1wt％的PVA(平均聚合度為1000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.05％的PS(分子量1000)，在常壓、90℃下進行加熱攪拌，回流，1～2小時后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠。
權(quán)利要求
1.一種采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠，其特征是該溶膠是由高分子化合物和無機氧化物溶膠組成，其中高分子化合物占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～5wt％；無機氧化物溶膠由無機氧化物和溶劑組成，其中無機氧化物占無機氧化物溶膠總量的1wt％～40wt％；所述的無機氧化物選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氧化鈣、五氧化二銻、二氧化鈰、氧化釔、氧化鋅、氧化鎳、氧化鉻、氧化鈦中的一種或一種以上的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠，其特征是所述的溶劑是水、醇或水與醇的混合溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溶膠，其特征是所述的醇是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇中的一種或一種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠，其特征是所述的高分子化合物選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯中的一種或一種以上的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溶膠，其特征是所述的聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯的分子量在200～50000之間；所述的聚乙烯醇的平均聚合度為100～2000。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溶膠，其特征是所述的聚乙二醇的平均分子量為200～8000，占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～2wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溶膠，其特征是所述的聚氧乙烯的平均分子量為200～800，占溶膠產(chǎn)品總量的0.1wt％～1wt％。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溶膠，其特征是所述的聚乙烯醇的平均聚合度為300～1000，占溶膠產(chǎn)品總量的0.1wt％～4wt％。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項所述的采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠的制備方法，其特征是在常壓、室溫～100℃的溫度條件下，將占溶膠產(chǎn)品總量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到無機氧化物溶膠中，回流，攪拌，得到采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是所述的無機氧化物溶膠由無機氧化物和溶劑組成，其中無機氧化物占無機氧化物溶膠總量的1wt％～40wt％。
全文摘要
本發(fā)明涉及無機氧化物溶膠，特別涉及采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠及其制備方法。在常壓、室溫～100℃的溫度條件下，將占溶膠產(chǎn)品總量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到無機氧化物溶膠中，回流，攪拌，得到采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機氧化物溶膠。本發(fā)明的采用高分子化合物改性的無機氧化物溶膠穩(wěn)定劑具有穩(wěn)定性好、受熱或長期存儲過程中溶膠粒子不團聚，其透明性保持不變的特點。特別是在將本發(fā)明的無機氧化物溶膠作為添加劑或改性劑加入到高分子材料中制備復(fù)合材料時，即使在反應(yīng)溫度高達200℃的條件下，無機氧化物相仍能在整個制備過程中保持穩(wěn)定，不團聚，從而得到性能優(yōu)良的有機/無機雜化材料。
文檔編號C08L29/04GK1978312SQ20051012629
公開日2007年6月13日 申請日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者王小群, 杜善義, 韋第升, 趙臻璐, 王晨 申請人:北京航空航天大學(xué)