專利名稱：疏水超細(xì)粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種疏水超細(xì)粉體及其制備方法，疏水超細(xì)粉體用來添加在材料中以提高材料的疏水性。
背景技術(shù)：
有防水要求的材料以及這些材料制造的防水、隔水制品，是以它們所具備的疏水性能限制水的滲透而達(dá)到覆蓋、包裹、盛裝等使用目的的。在某些場(chǎng)合，材料疏水性的高低直接影響這些材料、制品的使用效果。為提高這些材料、制品的疏水性，目前解決的辦法是向這些材料中添加帶疏水基團(tuán)的超細(xì)粉體即疏水超細(xì)粉體。由于現(xiàn)有技術(shù)中所使用的疏水超細(xì)粉體的粒徑較大，一般在1μm以上并且在材料中不易分散，使它們被加入到材料后不僅會(huì)降低材料及以這些材料制造的制品的透明度，而且會(huì)影響材料及制品的一些機(jī)械性能(如拉伸強(qiáng)度、耐磨性等)；同時(shí)由于現(xiàn)有技術(shù)中使用的疏水超細(xì)粉體所帶的疏水基團(tuán)多是以物理方式吸附在粉體上的，疏水基團(tuán)與粉體的結(jié)合不牢固，疏水基團(tuán)會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)和在使用溫度超過100℃時(shí)而受到破壞，從而影響材料及制品的疏水性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)目前使用的疏水超細(xì)粉體所存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種能保持材料及制品的透明度和機(jī)械性能，疏水基團(tuán)與粉體結(jié)合牢固的疏水超細(xì)粉體，并同時(shí)提出這種疏水超細(xì)粉體的制備方法。
本發(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體，其原始粒徑為5-100nm之間，軟團(tuán)聚體直徑≤300nm，表面羥基為0，接觸角≥120°，疏水基團(tuán)以化學(xué)鍵包裹在粉體表面。
本發(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體的制備方法，工藝過程是先將納米粉體在分散介質(zhì)中分散，然后按納米粉體與硅烷類表面處理劑之間的重量比為1∶0.05-1∶0.75的比例加入硅烷類表面處理劑使納米粉體表面羥基與硅烷類表面處理劑進(jìn)行反應(yīng)，最后除去分散介質(zhì)并干燥而得到疏水超細(xì)粉體。在這里加入了過量的硅烷類表面處理劑而使納米粉體表面的羥基完全與硅烷類表面處理劑進(jìn)行反應(yīng)，從而使納米粉體表面所有羥基都鍵合上疏水基團(tuán)，得到本發(fā)明所提供的疏水超細(xì)粉體表面的羥基為零的結(jié)果。
本發(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體的制備方法，其中所采用的納米粉體是納米氧化硅、納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鋁或者它們的混合物。納米粉體的純度在90％以上、粒徑在5-100nm之間、形狀為球狀或柱狀或片狀、表面帶有大量的羥基。如舟山明日納米材料有限公司出品的牌號(hào)為SS1、DS1、SP1、DP1的納米氧化硅，牌號(hào)為DJ3、DJ3-S的納米氧化鈦，牌號(hào)為MN6Z的納米氧化鋅，牌號(hào)MN2R的納米氧化鋁。其中所說的它們的混合物可以是由其中某兩種納米粉體混合而成也可由某三種或全部四種納米粉體混合而成。
本發(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體的制備方法，所采用的分散介質(zhì)是脂肪烴、芳香烴或者它們的衍生物，如甲苯、二甲苯、氯仿等。在此使用的分散介質(zhì)既不會(huì)與納米粉體發(fā)生反應(yīng)又不會(huì)與硅烷類表面處理劑發(fā)生反應(yīng)，可容納米粉體在完全分散的情況下與硅烷類表面處理劑進(jìn)行反應(yīng)，以促進(jìn)反應(yīng)的完全性。
本發(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體的制備方法，所采用的硅烷類表面處理劑符合分子式R-Y-X，其中Y是無機(jī)分子，包括金屬和非金屬原子；R是碳原子數(shù)在30以下的烴基、環(huán)氧基或者有機(jī)分子鏈基團(tuán)，幾個(gè)基團(tuán)之間可以相同也可以不相同；X是若干個(gè)鹵素原子、羧基或者羧基衍生物，它們可以相同也可以不相同；R是疏水基團(tuán)，X易與羥基結(jié)合。硅烷類表面處理劑與納米粉體反應(yīng)時(shí)，硅烷類表面處理劑上的X與納米粉體表面上的羥基結(jié)合，使納米粉體表面上包裹了R而成納米級(jí)的疏水超細(xì)粉體。硅烷類處理劑可用任何一種牌號(hào)，如KH560、SG-Si900、A-189、GF-31、Si-69等。
本發(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體，具有如下表所列的特性

本發(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體的制備方法，采用的納米粉體表面含有大量的羥基，易于與硅烷類表面處理劑分子中的一些基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)鍵合，經(jīng)鍵合后納米粉體表面被帶疏水基團(tuán)的硅烷類表面處理劑分子所完全包覆，從而提供了一種高疏水性的納米粉體材料。也因?yàn)楸景l(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體的制備方法采用了粒徑很小的納米粉體，所接枝的基團(tuán)分子鏈較短，制成的疏水超細(xì)粉體分散性好且透明，所以加在材料中不會(huì)影響材料和制品的透明度。此外由于納米粉體具備的固有特性，材料中加入疏水超細(xì)粉體后不僅不會(huì)損害材料的機(jī)械性能而且能相應(yīng)地提高材料的強(qiáng)度、抗老化、耐磨性、抗曲撓等性能。本發(fā)明提供的疏水超細(xì)粉體作為添加材料，具有粒徑小、疏水效果明顯、在材料中易分散、使用溫度高等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1疏水超細(xì)粉體樣品的種類及規(guī)格如下表

實(shí)施例2首先將100g納米氧化硅粉體加入到800ml甲苯中，然后在室溫條件下攪拌使其均勻混合，慢慢將30g高濃度的牌號(hào)為KH560的硅烷類表面處理劑滴加到混合液中，邊滴加邊用超聲波分散，滴加完成后，繼續(xù)超聲約15分鐘，使反應(yīng)完全。再后從中脫去甲苯取得納米氧化硅和硅烷類表面處理劑KH560的反應(yīng)物，經(jīng)洗滌后在烘箱中干燥，干燥溫度為120℃。最后經(jīng)氣流粉碎機(jī)分散，獲得白色粉末狀的超疏水納米氧化硅粉體(此粉體為超疏水納米氧化硅粉體的軟團(tuán)聚體，故顯現(xiàn)白色)。
實(shí)施例3首先將100g納米氧化硅和納米氧化鈦的復(fù)合粉體加入到800ml二甲苯中，然后在室溫條件下攪拌使其均勻混合。然后慢慢將8g高濃度的牌號(hào)為SG-Si900的硅烷類表面處理劑加到混合液中，邊滴加邊用超聲波分散，滴加完后，繼續(xù)超聲分散約10分鐘，使反應(yīng)完全。再后從中脫去二甲苯取得納米氧化硅和納米氧化鈦的復(fù)合粉體和硅烷類表面處理劑SG-Si900的反應(yīng)物，經(jīng)洗滌后在烘箱中干燥，干燥溫度為150℃。最后經(jīng)氣流粉碎機(jī)分散，獲得白色粉末狀的超疏水納米氧化硅、氧化鈦復(fù)合粉體。
實(shí)施例4首先將100g納米氧化鈦粉體加入到600ml甲苯中，然后在室溫條件下攪拌使其均勻混合，慢慢將20g高濃度的牌號(hào)為A-189的硅烷類表面處理劑滴加到混合溶液中，邊滴加邊用超聲波分散，滴加完表面處理劑后，繼續(xù)超聲約15分鐘，使反應(yīng)完全。再后從中脫去甲苯取得納米氧化鈦和表面處理劑A-189的反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)洗滌后在烘箱中干燥，干燥溫度為120℃。最后經(jīng)氣流粉碎機(jī)分散，獲得白色粉末狀的超疏水納米氧化鈦粉體。
實(shí)施例5首先將100g納米氧化鋅粉體加入到400ml甲苯中，在室溫條件下攪拌使其均勻混合，慢慢將40g的牌號(hào)為GF-31的硅烷類表面處理劑滴加到混合液中，邊滴加邊用超聲波分散，滴加完后，繼續(xù)超聲分散15分鐘，使反應(yīng)完全。再后從中脫去甲苯取得納米氧化鋅和硅烷類表面處理劑GF-31的反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)洗滌后在烘箱中干燥，干燥溫度為120℃，干燥時(shí)間3小時(shí)。最后經(jīng)氣流粉碎機(jī)分散，獲得白色粉末狀的超疏水納米氧化鋅粉體。
實(shí)施例6首先將100g納米氧化鋅粉體加入到400ml氯仿中，在室溫條件下攪拌使其均勻混合。然后慢慢將40g的牌號(hào)為Si-69的硅烷類表面處理劑滴加到混合液中，邊滴加邊用超聲波分散，滴加完后，繼續(xù)超聲約15分鐘，使反應(yīng)完全。再后從中脫去氯仿取得納米氧化鋅和硅烷類表面處理劑Si-69的反應(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)洗滌后在烘箱中干燥，干燥溫度為120℃，干燥時(shí)間3小時(shí)。最后經(jīng)氣流粉碎機(jī)分散，獲得白色粉末狀的超疏水納米氧化鈦粉體。
權(quán)利要求
1.一種疏水超細(xì)粉體，其特征是其原始粒徑為5-100nm，軟團(tuán)聚體直徑≤300nm，表面羥基為0，疏水基團(tuán)以化學(xué)鍵包裹在粉體表面。
2.如權(quán)利要求1所述的疏水超細(xì)粉體的制備方法，其特征是工藝過程是先將納米粉體在分散介質(zhì)中分散，然后按納米粉體與硅烷類表面處理劑之間的重量比為1∶0.05-1∶0.75的比例加入硅烷類表面處理劑使納米粉體與硅烷類表面處理劑進(jìn)行反應(yīng)，最后除去分散介質(zhì)并干燥而得到疏水超細(xì)粉體。
3.如權(quán)利要求2所述的疏水超細(xì)粉體的制備方法，其特征是所采用的納米粉體是納米氧化硅、納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氧化鋁或者它們的混合物。
4.如權(quán)利要求2所述的疏水超細(xì)粉體的制備方法，其特征是所采用的分散介質(zhì)是脂肪烴、芳香烴或者它們的衍生物。
全文摘要
現(xiàn)有的疏水超細(xì)粉體的粒徑較大并且不易分散，加入到材料后不僅會(huì)降低透明度，而且會(huì)影響一些機(jī)械性能，同時(shí)以物理方式吸附在粉體上的疏水基團(tuán)易受破壞而影響疏水性。本發(fā)明提出了一種能保持透明度和機(jī)械性能，疏水基團(tuán)與粉體結(jié)合牢固的疏水超細(xì)粉體及其制備方法。這種疏水超細(xì)粉體的原始粒徑為5－100nm，軟團(tuán)聚體直徑≤300nm，表面羥基為0，疏水基團(tuán)以化學(xué)鍵包裹在粉體表面。其制備方法是將納米粉體在分散介質(zhì)中分散并加入硅烷類表面處理劑進(jìn)行反應(yīng)，然后除去分散介質(zhì)并干燥而得到疏水超細(xì)粉體。該方法采用的納米粉體表面含有大量的羥基，易于與硅烷類表面處理劑分子中的一些基團(tuán)產(chǎn)生化學(xué)鍵合。
文檔編號(hào)C09C3/12GK1407030SQ0113323
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2001年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月13日
發(fā)明者方燕, 劉景春, 饒大杭, 黃海 申請(qǐng)人:舟山明日納米材料有限公司