專利名稱：：一種用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高分子分散劑及其制備方法，特別屬于用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑及其制備方法。
背景技術(shù)：
：物質(zhì)經(jīng)納米化后，其尺度位于原子、分子與粒(塊)狀材料之間，故有人稱之物質(zhì)的第四狀態(tài)。隨著物質(zhì)的細(xì)化，其表面分子排列及電子分布結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)均發(fā)生質(zhì)的變化，產(chǎn)生了粒(塊)狀材料所不具有奇特的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)。然而正是由于這些特性，會導(dǎo)致單個顆粒的納米材料處于不穩(wěn)定狀態(tài)，顆粒之間往往自動相互吸引靠近，以使自身轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定狀態(tài)。這種現(xiàn)象導(dǎo)致納米顆粒發(fā)生團(tuán)聚，使得其表面能減少，表面活性降低，比表面積減少，顆粒尺寸增大，實際使用達(dá)不到納米顆粒的效果。由于分散的納米材料應(yīng)用意義重大，近幾年來，國內(nèi)公開發(fā)表如何分散納米材料文章及專著較多，尤其在有機(jī)物和高分子材料中多見。對于無機(jī)納米陶瓷材料，由于其比重及與有機(jī)材料相容性等方面的因素，其分散有些特殊性，目前尚未見有關(guān)納米陶瓷粉體材料分散的詳細(xì)報道。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種分散性能好的用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑。本發(fā)明所要解決的第二個技術(shù)問題是提供上述高分子分散劑的制備方法。本發(fā)明解決技術(shù)問題的方案為用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑，所述的分散劑，包括以下組分及質(zhì)量份苯乙烯10-35甲基丙烯酸丁酯50-130丙烯酸10-25丙烯酰胺25-50羥甲基丙烯酰胺2-5復(fù)合乳化劑5-15垸基硫醇0.5-3過硫酸銨2-4氨水溶液5-10聚乙烯醇0.05-0.1去離子水400-800。所述的復(fù)合乳化劑為壬基酚聚氧乙烯醚與聚氧乙烯琥珀磺酸脂、甲基丙烯酸羥丙磺酸鈉、烯丙氧基羥丙磺酸鈉、或乙烯基磺酸鈉。壬基酚聚氧乙烯醚與聚氧乙烯琥珀磺酸脂、甲基丙烯酸羥丙磺酸鈉、烯丙氧基羥丙磺酸鈉、或乙烯基磺酸鈉的重量比為l:2-3。所述的烷基硫醇為正十二垸基硫醇或叔十二垸基硫醇。所述的氨水溶液的質(zhì)量濃度10-25%。所述的分散劑的制備方法為在反應(yīng)釜中加入部分去離子水，部分復(fù)合乳化劑，加入聚乙烯醇水溶液，部分過硫酸銨水溶液，在氮氣的保護(hù)下，升溫至80°C-90°C，在3-6小時內(nèi)，分別向反應(yīng)釜滴加苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酰胺水溶液、羥甲基丙烯酰胺水溶液，剩余的過硫酸銨水溶液，剩余的復(fù)合乳化劑，滴加完成后，保溫30-60分鐘，再加入剩余的去離子水，在40-50'C溫度下，用氨水調(diào)乳液的PH至8-9。在上述各組份中苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酰胺為自由基的單體；過硫酸銨為引發(fā)劑；羥甲基丙烯酰胺為交聯(lián)劑；復(fù)合乳化劑即乳化劑；烷基硫醇為調(diào)節(jié)劑；氨水及聚乙烯醇為保護(hù)劑及穩(wěn)定劑。本方法屬乳液聚合，是高分子聚合的一種方式。本方法的特點之一是選用反應(yīng)型乳化劑，其一方面提供陰離子，一方面協(xié)同非離子乳化劑，作為乳液聚合過程所需的乳化劑。同時其也參與聚合反應(yīng)。在納米陶瓷粉體材料分散過程中，其提供極性基團(tuán)，仍然具有較高的表面活性。本方法的特點之二可根據(jù)所要分散的納米陶瓷粉體材料及應(yīng)用方向，調(diào)整配方中的組份，以獲得所述高分子分散劑不同的HBL值、負(fù)電位的高低及分子量大小。本發(fā)明根據(jù)納米陶瓷粉體物化性質(zhì)，總結(jié)以前采用偶聯(lián)劑與表面活性劑對納米陶瓷粉體進(jìn)行分散存在的不足，提出"分散體系"這一概念，即針對不同的納米陶瓷粉體及其應(yīng)用場合，在選擇合適的表面活性劑偶聯(lián)劑的同時，加入本發(fā)明中的高分子分散劑，并選用高速分散機(jī)、震動球磨機(jī)及高壓均質(zhì)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行分散，其實現(xiàn)分散的主要工序為1、采用弱酸性溶劑，對納米陶瓷粉體材料表面進(jìn)行洗滌；2、采用機(jī)械攪拌及表面活性劑使納米陶瓷粉體材料初步分散；3、加入偶聯(lián)劑及本發(fā)明的高分子分散劑，可在納米陶瓷粉體材料表面形成一層具有高活性的高分子吸附膜，在固體納米陶瓷粉體材料表面與高分子吸附膜之間建立了雙層電位，使得固體納米陶瓷粉體材料包裹在高分子吸附膜中相對穩(wěn)定。在這些吸附膜的分子鏈上，均勻分布著大量的極性基團(tuán)，由于極性基團(tuán)相互的斥力，高分子吸附膜與分散介質(zhì)之間，膜與膜之間，形成強(qiáng)大的空間位阻，從而避免已分散的固體納米陶瓷粉體材料再次團(tuán)聚及沉降，達(dá)到了分散的效果。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，高分子分散劑由苯乙烯，丙烯酸、甲基丙烯酰胺等單體經(jīng)接枝共聚而成的乳液，制備工序簡單，反應(yīng)時間短，其在偶聯(lián)劑的協(xié)同作用下，可將納米陶瓷粉體以納米級顆粒均勻地分散在液相中，并保持穩(wěn)定，所得到的納米陶瓷分散體可應(yīng)用于復(fù)合鍍、涂層、粘接、潤滑等
技術(shù)領(lǐng)域：
。具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作詳細(xì)的說明。所述的納米SiC粉體為合肥開爾納米技術(shù)發(fā)展有限公司生產(chǎn)。實施例所述的份均為質(zhì)量份。實施例1:分散劑的制造在反應(yīng)釜中加入去離子水410份，聚氧乙烯琥珀磺酸脂5份，壬基酚聚氧乙烯醚3.5份，加入5%聚乙烯醇水溶液1份，開動攪拌，通入N2升溫至8CTC，加入3%過硫酸銨水溶液20份，正十二烷基硫醇3份，升溫84'C，向反應(yīng)釜滴加苯乙烯34份、甲基丙烯酸丁酯130份、丙烯酸24份、羥甲基丙烯酰胺3份(溶于水中)與3%過硫酸銨水溶液80份、聚氧乙烯琥珀磺酸脂2.5份、壬基酚聚氧乙烯醚1.5份的混合物。繼續(xù)升溫至90°C，加入3%過硫酸銨水溶液10份，在80-90。C的反應(yīng)物總的滴加時間控制在5-6小時，保溫30分鐘，加入溫度為室溫的去離子水80份，冷卻降溫至40°C，用質(zhì)量濃度10%氨水溶液調(diào)PH至8-9，冷卻至常溫即可。所制的高分子分散劑的性能1、外觀乳白色帶藍(lán)色瑩光半透明液體狀2、PH值8-93、固體含量21%4、粘度(25。C)《10mpas5、分散性冷水中極易分散實施例2:分散劑的制造在反應(yīng)釜中加入去離子水380份，壬基酚聚氧乙烯醚3.5份，加入5%聚乙烯醇水溶液l份，開動攪拌，通入N2升溫至8(TC,加入3%過硫酸鈸水溶液20份，叔十二烷基硫醇0.5份，升溫82t:，分別向反應(yīng)釜滴加羥甲基丙烯酰胺2份(溶于水中)，3%過硫酸銨水溶液80份，甲基丙烯酸羥丙磺酸鈉10份，苯乙烯28份，丙烯酸21份，重量濃度40%丙烯酰胺水溶液120份、壬基酚聚氧乙烯醚1.5份，加完后升溫至86。C,加入3。/。過硫酸銨水溶液10份，在80-9(TC的反應(yīng)物的總滴加時間控制在3-4小時，以使分散劑的分子量50萬左右，保溫30分鐘，加入溫度為室溫的去離子水60份，降溫至4(TC，再用質(zhì)量濃度15%氨水溶液調(diào)PH至8-9，冷卻至常溫即可。所制的分散劑的性能1、外觀乳白色帶強(qiáng)烈藍(lán)色瑩光液體狀8-920%《15mpas冷水中極易分散2、PH值3、固體含量4、粘度(25。C)5、分散性實施例3:分散劑應(yīng)用納米Si3N4粉體30份，異丙醇300份，r-甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷偶聯(lián)劑2份，壬基酚聚氧乙烯醚1.5份，璜基琥珀酸異癸酯鈉2份，實施例l所制的分散劑(分子量100萬)8份，5y。PVA水溶液l份，水110份。具體操作步驟1)將偶聯(lián)劑在2CTC-6(TC條件下溶于溶劑中，再加入壬基酚聚氧乙烯醚1.5份；2)在高速攪拌條件下將納米SiC粉體加入上述溶劑中；3)在加熱及真空干燥條件下脫去溶劑，再經(jīng)震動球磨機(jī)研磨，過篩400目；4)將璜基琥珀酸異癸酯鈉2份及實施例1所制的高分子分散劑8份加入水中，均勻攪拌20分鐘，再將經(jīng)研磨后的粉體在攪拌條件下加入上述水中，在經(jīng)泵送至高壓均質(zhì)機(jī)，壓力控制在50MPa-150MPa之間，經(jīng)微孔(激光打孔50皿-100nm)壓濾后冷卻，加入5%PVA溶液，攪拌30分鐘，用弱酸(0.01M鹽酸)調(diào)PH至5.5-6.5，即可得到固含20%的納米級陶瓷分散體。實施例4:分散劑應(yīng)用納米TiN粉體30份，二氯甲烷150份，異丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)偶聯(lián)劑2份，璜基琥珀酸二戊基酯鈉2份，實施例2所制的分散劑高分子分散劑(分子量50萬)12份，5y。PVA水溶液l份。具體操作步驟1)將偶聯(lián)劑在常溫條件下溶于溶劑中，再加入璜基琥珀酸二戊基酯鈉2份，實施例2所制的分散劑(分子量50萬)12份，均勻攪拌20分鐘；2)在高速攪拌條件下將納米TiN粉體加入上述溶劑中；3)經(jīng)泵送至高壓均質(zhì)機(jī)，壓力控制在50MPa-150MPa之間，經(jīng)微孔(激光打孔(50nm-100nm)壓濾后，真空干燥條件下脫去溶劑，冷卻，加入5y。PVA溶液，攪拌30分鐘，用氨水溶液調(diào)PH至7.5-8.5,即可得到固含25%的納米級陶瓷分散體。所述的納米級陶瓷分散體的技術(shù)指標(biāo)說明平均粒徑測定采用國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13221-2004方法；機(jī)械穩(wěn)定性測定采用標(biāo)準(zhǔn)SH/T1151-1992(2005)方法;儲存穩(wěn)定性測定常溫下儲存。分散性試驗結(jié)果對比如下<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>由上述結(jié)果可以知道，根據(jù)本發(fā)明的方法制得的納米陶瓷分散體具有良好的分散性能。權(quán)利要求1、一種用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑，其特征在于所述的分散劑，包括以下組分及質(zhì)量份苯乙烯10-35甲基丙烯酸丁酯50-130丙烯酸10-25丙烯酰胺25-50羥甲基丙烯酰胺2-5復(fù)合乳化劑5-15烷基硫醇0.5-3過硫酸銨2-4氨水溶液5-10聚乙烯醇0.05-0.1去離子水400-800。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑，其特征在于所述的復(fù)合乳化劑為壬基酚聚氧乙烯醚與聚氧乙烯琥珀磺酸脂、甲基丙烯酸羥丙磺酸鈉、烯丙氧基羥丙磺酸鈉、或乙烯基磺酸鈉。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑，其特征在于所述的壬基酚聚氧乙烯醚與聚氧乙烯琥珀磺酸脂、甲基丙烯酸羥丙磺酸鈉、烯丙氧基羥丙磺酸鈉、或乙烯基磺酸鈉的重量比為1:2-3。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑，其特征在于所述的烷基硫醇為正十二烷基硫醇或叔十二烷基硫醇。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑，其特征在于所述的氨水溶液的質(zhì)量濃度10-25%。6、權(quán)利要求1所述的一種用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑的制備方法，其特征在于在反應(yīng)釜中加入部分去離子水，部分復(fù)合乳化劑，加入聚乙烯醇水溶液，部分過硫酸銨水溶液，在氮氣的保護(hù)下，升溫至8(TC-9CTC，在3-6小時內(nèi)，分別向反應(yīng)釜滴加苯乙烯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸、丙烯酰胺水溶液、羥甲基丙烯酰胺水溶液，剩余的過硫酸銨水溶液，剩余的復(fù)合乳化劑，滴加完成后，保溫30-60分鐘，再加入剩余的去離子水，在40-5(TC溫度下，用氨水調(diào)乳液的PH至8-9。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于納米陶瓷粉體的高分子分散劑及其制備方法，所述的分散劑包括10-35份苯乙烯、50-130份甲基丙烯酸丁酯、10-25份丙烯酸、25-50份丙烯酰胺、2-5份羥甲基丙烯酰胺、5-15份復(fù)合乳化劑、0.5-3份烷基硫醇、2-4份過硫酸銨、5-10份氨水溶液、0.05-0.1聚乙烯醇、400-800份去離子水，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，高分子分散劑由苯乙烯，丙烯酸、甲基丙烯酰胺等單體經(jīng)接枝共聚而成的乳液，制備工序簡單，反應(yīng)時間短，其在偶聯(lián)劑的協(xié)同作用下，可將納米陶瓷粉體以納米級顆粒均勻地分散在液相中，并保持穩(wěn)定，所得到的納米陶瓷分散體可應(yīng)用于復(fù)合鍍、涂層、粘接、潤滑等
技術(shù)領(lǐng)域：
。文檔編號C08F220/00GK101580394SQ20091011710公開日2009年11月18日申請日期2009年6月30日優(yōu)先權(quán)日2009年6月30日發(fā)明者平石申請人:平石