專利名稱：納米氧化鋁漿組合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米技術(shù)，具體為一種納米氧化鋁漿組合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米氧化鋁在陶瓷、涂料、纖維、橡膠等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)納米Al2O3粉體對250nm以下的紫外光有很強的吸收能力，若加入涂料中，則有可能提高有機(jī)涂層的抗老化能力；若加入橡膠或塑料中可以提高它們的耐磨性；若加入防曬油、化妝品中，則它可改善其抗紫外性能。用含有納米Al2O3的纖維制成的衣物具有紅外吸收功能。同時納米Al2O3拋光液還可以做為高級光學(xué)玻璃及寶石的拋光。但由于納米氧化鋁的比表面積大、表面懸浮鍵多，特別容易形成團(tuán)聚體，團(tuán)聚體的產(chǎn)生將使納米氧化鋁在分散介質(zhì)中的作用明顯下降。因此納米氧化鋁能否有效穩(wěn)定分散是納米氧化鋁應(yīng)用的關(guān)鍵問題。
美國專利USP5,877,106提及制備50-100nm氧化鋁的方法，由此納米氧化鋁制備催化劑和催化劑載體可用于發(fā)動機(jī)廢氣處理。美國專利USP 5,972,820報道了一種制備穩(wěn)定的平均粒徑在1-50nm氧化鋁的方法。這些專利中都未提到如何分散納米氧化鋁的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有良好分散穩(wěn)定性、高固體含量的納米氧化鋁漿組合物及其制備方法，其中納米氧化鋁的重量比可達(dá)70％，該納米氧化鋁漿可廣泛用于涂料、油墨、陶瓷、紡織、化妝品和膠粘劑等領(lǐng)域。
本發(fā)明的技術(shù)方案是按重量比計，該組合物由一次粒子的平均粒徑在150nm以下的納米氧化鋁10-70％、高分子分散劑0.5-17％、余量的溶劑組成。
上述納米氧化鋁漿組合物中，較好的重量比為納米氧化鋁25-60％，高分子分散劑2-11％，余量為溶劑。
本發(fā)明中所指的納米氧化鋁可以是α-氧化鋁，γ、χ、η、τ、ε、δ、θ、κ亞穩(wěn)相氧化鋁、無定形氧化鋁中的一種或兩種以上復(fù)配。
所述的高分子分散劑是指聚烯烴系、聚烯烴鹽系、聚羧酸系、聚羧酸鹽系、聚丙烯酸系、聚丙烯酸鹽系、聚酯系、聚酯鹽系、聚酰胺系、聚酰胺鹽系、聚氨酯系、聚氨酯鹽系、聚醚系、聚醚鹽系、聚酐系、聚硅氧烷系、聚氧乙烯系、聚氧丙烯系、馬來酸系、馬來酸酐系、聚ε-己內(nèi)酮系高分子化合物的一種或二種以上的高分子化合物復(fù)配。如德國畢克(BYK)化學(xué)公司的Disperbyk103、Disperbyk106、Disperbyk107、Disperbyk110、Disperbyk111、Disperbyk115、Disperbyk130、Disperbyk160、Disperbyk162、Disperbyk163、Disperbyk164、Disperbyk180、Disperbyk182、Disperbyk184、Disperbyk190、Disperbyk191、Disperbyk192、Disperbyk2000、Anti-Terra-P、Anti-Terra-202、Anti-Terra-204、Anti-Terra-206、Anti-Terra-207、Anti-Terra-P、Byk-P104S；Avecia公司的Solsperse3000、Solsperse13940、Solsperse17000、Solsperse20000、Solsperse24000、Solsperse27000、Solsperse28000、Solsperse32000、Solsperse32500、Solsperse34750、Solsperse41090；漢高(Henkel)公司的TEXAPHOR963、TEXAPHOR963S、TEXAPHOR3061、TEXAPHOR3073、TEXAPHOR3112、TEXAPHOR3241、TEXAPHOR3250、TEXAPHOR3287、Hydropalat1080、Hydropalat3204、Hydropalat3275；日本花王公司的Homogenol L-18、Homogenol L-95、Homogenol L-1820、Homogenol L-100；荷蘭埃夫卡助劑公司(EFKA)的EFKA-44、EFKA-46、EFKA-47、EFKA-48、EFKA-49、EFKA-54、EFKA-63、EFKA-64、EFKA-65、EFKA-66、EFKA-71、EFKA-701、EFKA-745、EFKA-764、EFKA-766、EFKA-4008、EFKA-4009、EFKA-4540、EFKA-4550、EFKA--5244、EFKA-POLYMER 400、EFKA-POLYMER 401、EFKA-POLYMER 402、EFKA-POLYMER 403、EFKA-POLYMER 450、EFKA-POLYMER 451、EFKA-POLYMER 452、EFKA-POLYMER 453、EFKA-POLYMER 4010、EFKA-LP 4010、EFKA-LP 4050、EFKA-LP 4055；迪高(Tego)化工公司的Dispers610、Dispers610S、Dispers630S、Dispers700、Dispers710；丹麥KVK(Kemisk Vaerk Koege)公司的Hypersol L4707、Hypersol L 4708、Hypersol L4742、Hypersol L4744、Hypersol P4963、Aquasol 4602、Aquasol 4604、Aquasol5601；日本楠本化成株氏會社的#2150、#1210、KS-860、KS-873N、#7004、#1830、#1860、#1850、DA-400、#301。
較好的高分子分散劑是德國畢克化學(xué)公司的Disperbyk103、Disperbyk106、Disperbyk107、Disperbyk110、Disperbyk111、Disperbyk115、Disperbyk130、Disperbyk 160、Disperbyk162、Disperbyk163、Disperbyk164、Diperbyk180、Disperbyk182、Disperbyk184、Disperbyk190、Disperbyk191、Disperbyk192、Disperbyk2000、Anti-Terra-P、Anti-Terra-202、Anti-Terra-204、Anti-Terra-206、Anti-Terra-207、Anti-Terra-P、Byk-P104S；Avecia公司的Solsperse3000、Solsperse13940、Solsperse17000、Solsperse20000、Solsperse24000、Solsperse27000、Solsperse28000、Solsperse32000、Solsperse32500、Solsperse34750、Solsperse41090；荷蘭埃夫卡助劑公司的EFKA-44、EFKA-46、EFKA-47、EFKA-48、EFKA-49、EFKA-54、EFKA-63、EFKA-64、EFKA-65、EFKA-66、EFKA-701、EFKA-745、EFKA-764、EFKA-766、EFKA-4008、EFKA-4009、EFKA-4540、EFKA-4550、EFKA-5244、EFKA-POLYMER 400、EFKA-POLYMER 401、EFKA-POLYMER402、EFKA-POLYMER 403、EFKA-POLYMER 450、EFKA-POLYMER 451、EFKA-POLYMER 452、EFKA-POLYMER 453、EFKA-POLYMER 4010、EFKA-LP 4010、EFKA-LP 4050、EFKA-LP 4055；丹麥KVK公司的HypersolL4707、Hypersol L 4708、Hypersol L 4742、Hypersol L4744、Hypersol P4963、Aquasol 4602、Aquasol 4604、Aquasol 5601；日本楠本化成株氏會社的#2150、#1210、KS-860、KS-873N、#7004、#1830、#1860、#1850、DA-400、#301。
所述的溶劑是脂肪烴類、脂環(huán)烴類、芳香烴類、醇類、酮類、酯類、萜類、醚類、醇醚及醚酯類、取代烴類、水的一種或二種以上的混合物。其中脂肪烴類溶劑指的是石油醚、200號溶劑油、抽余油、正己烷、異己烷、正庚烷、異庚烷、正辛烷、異辛烷；脂環(huán)烴類溶劑指的是環(huán)戊烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、乙基環(huán)己烷、環(huán)己烯、四氫化萘、十氫化萘；芳香烴類溶劑指的是苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、Solvesso100、Solvesso150、Solvesso200、溶劑石腦油、乙苯、丙苯、異丙苯；醇類溶劑指的是甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、仲丁醇、正丁醇、異丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇；酮類溶劑指的是丙酮、甲乙酮、甲基異丁酮、環(huán)己酮、異佛爾酮、二丙酮醇、二乙基酮、甲基丙基酮；酯類溶劑指的是醋酸乙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸正己酯、醋酸異己酯、醋酸正庚酯、醋酸異庚酯、醋酸正癸酯、醋酸異癸酯、乳酸丁酯；萜類溶劑指的是松節(jié)油、松油、雙戊烯；醚類指的是二異丙醚、二丁醚、甲基叔丁基醚、四氫呋喃、二氧雜環(huán)己烷；醇醚及醚酯類溶劑指的是乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、甲氧基乙酸丙酯；取代烴類溶劑指的是二氯乙烷、三氯乙烷、2-硝基丙烷。
較好的溶劑為200號溶劑油、正己烷、異己烷、正庚烷、異庚烷、環(huán)己烷、四氫化萘、十氫化萘、甲苯、二甲苯、三甲苯、Solvesso100、Solvesso150、Solvesso200、溶劑石腦油、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、異丁醇、仲丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、甲乙酮、甲基異丁酮、環(huán)己酮、異佛爾酮、醋酸乙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、甲氧基乙酸丙酯、四氫呋喃、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、三氯乙烷、水。
本發(fā)明所述的納米氧化鋁漿是經(jīng)如下方法制備的將高分子分散劑加入溶劑中，再加入納米氧化鋁，用高速分散機(jī)400-3000rpm分散10-60分鐘，所得的納米氧化鋁漿料在球磨機(jī)、砂磨機(jī)或珠磨機(jī)中研磨20分鐘-24小時，制成納米氧化鋁漿成品。納米氧化鋁的表面可以是經(jīng)包膜處理的或不包膜處理的，包膜處理是指在納米氧化鋁表面進(jìn)行無機(jī)處理，如進(jìn)行氧化硅、氧化鋯、氧化鋅的一種或多種包覆處理；或在納米氧化鋁表面進(jìn)行有機(jī)處理，如進(jìn)行硬脂酸、月桂酸、油酸或它們的金屬鹽類、鈦系偶聯(lián)劑、鋁系偶聯(lián)劑、硅系偶聯(lián)劑、錫系偶聯(lián)劑、鋯系偶聯(lián)劑、二甲基硅油的一種或多種包覆處理；或在納米氧化鋁表面進(jìn)行無機(jī)和有機(jī)復(fù)合包膜處理。
本發(fā)明的優(yōu)點如下1.良好的分散性及高固體含量。利用本發(fā)明的技術(shù)可以制備出納米氧化鋁含量達(dá)70％的納米漿，是一種高濃度高分散體系，納米漿的單分散性好，提高了納米氧化鋁的使用效率。
2.穩(wěn)定性好。本發(fā)明的納米氧化鋁漿粘度低，粘度在500mPa·s以下，易于使用，并且具有高度穩(wěn)定性，通?？杀３秩齻€月不沉淀、不分層，最好的可在一年半以上，基本上可以滿足貯存穩(wěn)定性的要求。
具體實施例方式
本發(fā)明中除特別指明外，涉及的比例均為重量比。實施例和比較例中納米氧化鋁漿的性能測試方法如下納米氧化鋁漿的粒度用日本島津公司的SA-CP3離心沉降粒度分析儀進(jìn)行測試，用平均粒徑表征納米氧化鋁漿的粒度大小。
納米氧化鋁漿的粘度使用L-90型流變儀(同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠制造)測試。
實施例1在300ml燒杯中稱取二甲苯20g、醋酸正丁酯10g、甲氧基乙酸丙酯10g、200號溶劑油10g，加入6.82g高分子分散劑Homogenol L-1820、3.41g高分子分散劑Dispers610、3.41g高分子分散劑Solsperse24000，再加入60nm的納米氧化鋁118.18g，用高速分散機(jī)1600rpm分散40分鐘后，用球磨機(jī)研磨12小時，制成納米氧化鋁重量比約為65％的納米氧化鋁漿。在該納米氧化鋁漿中高分子分散劑的總量約為7.5％。
實施例2納米氧化鋁漿的制法同實施例1，調(diào)整高分子分散劑Homogenol L-1820、Solsperse24000、Dispers610和納米氧化鋁的加入量，使高分子分散劑的總量為1.2％，其中高分子分散劑Homogenol L-1 820、Solsperse24000和Dispers610三者之間的重量比與實施例1相同，制成納米氧化鋁重量比為65％的納米氧化鋁漿。
實施例3納米氧化鋁漿的制法同實施例1，調(diào)整高分子分散劑Homogenol L-1820、Solsperse24000、Dispers610和納米氧化鋁的加入量，使高分子分散劑的總量為13.5％，其中高分子分散劑Homogenol L-1820、Solsperse24000和Dispers610三者之間的重量比與實施例1相同，制成納米氧化鋁重量比為65％的納米氧化鋁漿。
實施例4在300ml燒杯中稱取正己烷20g、異丙醇30g、乙二醇乙醚醋酸酯30g、三氯乙烷20g，加入7.1g高分子分散劑EFKA-47、7.1g高分子分散劑Disperbyk115、3.53g高分子分散劑Hypersol P4963，再加入經(jīng)KR-12鈦酸酯偶聯(lián)劑(美國Kenrich石油化學(xué)公司)包膜處理的100nm納米氧化鋁78.44g，用高速分散機(jī)1000rpm分散30分鐘后，用球磨機(jī)研磨2小時，制成納米氧化鋁重量比約為40％的納米氧化鋁漿。在該納米氧化鋁漿中高分子分散劑的總量約為9％。
實施例5納米氧化鋁漿的制法同實施例4，調(diào)整高分子分散劑EFKA-47、Disperbyk115、Hypersol P4963和納米氧化鋁的加入量，使高分子分散劑的總量為0.6％，其中高分子分散劑EFKA-47、Disperbyk115、Hypersol P4963三者之間的重量比與實施例4相同，制成納米氧化鋁重量比為40％的納米氧化鋁漿。
實施例6納米氧化鋁漿的制法同實施例4，調(diào)整高分子分散劑EFKA-47、Disperbyk115、Hypersol P4963和納米氧化鋁的加入量，使高分子分散劑的總量為12.5％，其中高分子分散劑EFKA-47、Disperbyk115、Hypersol P4963三者之間的重量比與實施例4相同，制成納米氧化鋁重量比為40％的納米氧化鋁漿。
實施例7在300ml燒杯中稱取乙醇40g、水40g、丙二醇20g，加入6.06g高分子分散劑EFKA-71、3.03g高分子分散劑SOLSPERSE20000，再加入50nm納米氧化鋁36.36g，用高速分散機(jī)600rpm分散35分鐘后，用珠磨機(jī)研磨4小時，制成納米氧化鋁重量比約為25％的納米氧化鋁漿。該納米氧化鋁漿中高分子分散劑的總量約為6.2％。
實施例8在300ml燒杯中稱取水60g、乙二醇20g、丙酮20g，加入2.72g高分子分散劑Disperbyk182，再加入30nm納米氧化鋁18.13g，用高速分散機(jī)1000rpm分散20分鐘后，用珠磨機(jī)研磨1小時，制成納米氧化鋁重量比約為15％的納米氧化鋁漿。該納米氧化鋁漿中高分子分散劑Disperbyk182的重量比約為2.3％。
比較例1在300ml燒杯中稱取二甲苯20g、醋酸正丁酯10g、甲氧基乙酸丙酯10g、200號溶劑油10g，加入60nm納米氧化鋁92.86g，用高速分散機(jī)1600rpm高速分散35分鐘，混合物結(jié)團(tuán)。其混合物中納米氧化鋁的重量比約為65％。
比較例2在300ml燒杯中稱取正己烷20g、異丙醇30g、乙二醇乙醚醋酸酯30g、三氯乙烷20g，加入經(jīng)KR-12鈦酸酯偶聯(lián)劑(美國Kenrich石油化學(xué)公司)包膜處理的100nm納米氧化鋁66.67g，1200rpm用高速分散機(jī)分散25分鐘，混合物結(jié)團(tuán)。其混合物中納米氧化鋁的重量比約為40％。
比較例3在300ml燒杯中稱取乙醇40g、水40g、丙二醇20g，加入50nm納米氧化鋁33.33g，600rpm高速分散35分鐘，用珠磨機(jī)研磨4小時。其混合物中納米氧化鋁的重量比約為25％。
比較例4在300ml燒杯中稱取水60g、乙二醇20g、丙酮20g，加入30nm納米氧化鋁17.65g，用高速分散機(jī)1000rpm分散20分鐘，用珠磨機(jī)研磨1小時。其混合物中納米氧化鋁的重量比約為15％。
實施例和比較例說明表1是納米氧化鋁漿的比較例和實施例的性能數(shù)據(jù)。由表1可以看出，相同納米氧化鋁重量比的納米氧化鋁漿的實施例1-8與相應(yīng)的比較例1-4相比，具有較低的粘度、較小的平均粒度。也可以看出，當(dāng)高分子分散劑的重量比在0.5-17％范圍內(nèi)，特別是在2-11％范圍內(nèi)，納米氧化鋁漿的粘度低，平均粒度小。
表1

權(quán)利要求
1.一種納米氧化鋁漿組合物，其特征在于按重量比計，該組合物由一次粒子的平均粒徑在150nm以下的納米氧化鋁10-70％、高分子分散劑0.5-17％、余量的溶劑組成。
2.按照權(quán)利要求1所述納米氧化鋁漿組合物，其特征在于納米氧化鋁所占的重量比為25-60％，高分子分散劑所占的重量比為2-11％，余量為溶劑。
3.按照權(quán)利要求1所述的納米氧化鋁漿組合物，其特征在于所述高分子分散劑選自聚烯烴系、聚烯烴鹽系、聚羧酸系、聚羧酸鹽系、聚丙烯酸系、聚丙烯酸鹽系、聚酯系、聚酯鹽系、聚酰胺系、聚酰胺鹽系、聚氨酯系、聚氨酯鹽系、聚醚系、聚醚鹽系、聚酐系、聚硅氧烷系、聚氧乙烯系、聚氧丙烯系、馬來酸系、馬來酸酐系、聚ε-己內(nèi)酮系高分子化合物的一種或兩種以上復(fù)配。
4.按照權(quán)利要求1所述納米氧化鋁漿組合物，其特征在于所述溶劑為脂肪烴類、脂環(huán)烴類、芳香烴類、醇類、酮類、酯類、萜類、醚類、醇醚及醚酯類、取代烴類、水之一種或兩種以上復(fù)配。
5.按照權(quán)利要求4所述納米氧化鋁漿組合物，其特征在于所述溶劑為石油醚、200號溶劑油、抽余油、正己烷、異己烷、正庚烷、異庚烷、正辛烷、異辛烷、環(huán)戊烷、環(huán)己烷、甲基環(huán)己烷、乙基環(huán)己烷、環(huán)己烯、四氫化萘、十氫化萘、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、Solvesso100、Solvesso150、Solvesso200、溶劑石腦油、乙苯、丙苯、異丙苯、甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、仲丁醇、正丁醇、異丁醇、叔丁醇、乙二醇、丙二醇、丙酮、甲乙酮、甲基異丁酮、環(huán)己酮、異佛爾酮、二丙酮醇、二乙基酮、甲基丙基酮、醋酸乙酯、醋酸正丁酯、醋酸異丁酯、醋酸正己酯、醋酸異己酯、醋酸正庚酯、醋酸異庚酯、醋酸正癸酯、醋酸異癸酯、乳酸丁酯、松節(jié)油、松油、雙戊烯、四氫呋喃、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇乙醚、二乙二醇丁醚、二乙二醇乙醚醋酸酯、二乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇乙醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇乙醚、甲氧基乙酸丙酯、二氯乙烷、三氯乙烷、2-硝基丙烷、水之一種或兩種以上復(fù)配。
6.按照權(quán)利要求1所述納米氧化鋁漿組合物，其特征在于所述納米氧化鋁為α-氧化鋁，γ、χ、η、τ、ε、δ、θ、κ亞穩(wěn)相氧化鋁、無定形氧化鋁中的一種或兩種以上復(fù)配。
7.一種按照權(quán)利要求1～6中之一所述納米氧化鋁漿組合物的制備方法，其特征在于將高分子分散劑加入溶劑中，再加入納米氧化鋁，以400-3000rpm分散10-60分鐘，所得的納米氧化鋁漿研磨20分鐘-24小時，制成納米氧化鋁漿組合物成品。
8.按照權(quán)利要求7所述納米氧化鋁漿組合物的制備方法，其特征在于所述納米氧化鋁的表面經(jīng)包膜處理。
9.按照權(quán)利要求8所述納米氧化鋁漿組合物的制備方法，其特征在于所述包膜處理是指在納米氧化鋁表面進(jìn)行氧化硅、氧化鋯、氧化鋅的一種或多種包覆處理；或在納米氧化鋁表面進(jìn)行硬脂酸、月桂酸、油酸或它們的金屬鹽類、鈦系偶聯(lián)劑、鋁系偶聯(lián)劑、硅系偶聯(lián)劑、錫系偶聯(lián)劑、鋯系偶聯(lián)劑、二甲基硅油的一種或多種包覆處理；或在納米氧化鋁表面進(jìn)行上述包膜處理的復(fù)合處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種納米氧化鋁漿組合物及其制備方法，按重量比計，該組合物由一次粒子的平均粒徑在150nm以下的納米氧化鋁10－70％、高分子分散劑0.5－17％、余量的溶劑組成；其制備方法是將高分子分散劑加入溶劑中，再加入納米氧化鋁，用高速分散機(jī)400－3000rpm分散10－60分鐘，所得的納米氧化鋁漿研磨20分鐘－24小時，制成納米氧化鋁漿成品。本發(fā)明的納米氧化鋁漿是一種高固含量、低粘度分散體系，其單分散性好，具有高度穩(wěn)定性，可廣泛用于陶瓷、涂料、油墨、紡織、化妝品和膠粘劑等領(lǐng)域。
文檔編號C09C3/10GK1513924SQ03133529
公開日2004年7月21日 申請日期2003年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月30日
發(fā)明者劉福春, 韓恩厚, 柯偉 申請人:中國科學(xué)院金屬研究所