[發明專利]一種氟硅烷改性金屬氧化物納米材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201410670427.2
• 申請日: 2014-11-20
• 公開（公告）號: CN104387812A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 黃劍文;李彬誠
• 申請（專利權）人: 廣州乾程化工科技發展有限公司
• 主分類號: C09D1/00
• 分類號: C09D1/00;C09D5/16
• 代理公司: 廣州廣信知識產權代理有限公司 44261
• 代理人: 李玉峰

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，尤其涉及一種氟硅烷改性金屬氧化物納米材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著人們生活水平的提高，多功能材料越來越受到人們的重視，其中納米金屬氧化物因具有表面效應、小尺寸效應、光學效應等特殊性質，可以使得涂層涂料獲得新的功能。然而，納米金屬氧化物比表面積大，表面能高，處于熱力學的非穩定狀態，顆粒間受范德華力的作用，使它們很容易團聚在一起而形成帶有若干弱連接界面的尺寸較大的團聚體，這樣便大大降低甚至消除了納米顆粒的實際應用效果，使其在工業領域上的應用受到了很大限制，因此，對納米金屬氧化物進行表面改性是很有必要的。

目前，現有技術納米金屬氧化物的表面改性，主要是通過納米顆粒與表面活性劑以吸附力粘結而實現，但材料性能的改善仍然有限，尤其是用于基材表面的處理。由于應用環境日益復雜化，因而對表面處理材料的要求也越來越高，需要具備多功能性且性能優異，否則難以適應更高更復雜的應用需求。因此，如何對材料進行改性處理使其具備多功能性，并提供簡單的生產工藝和安全的使用環境，一直是材料工作者致力于研究的方向和課題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有良好疏水疏油性的氟硅烷改性金屬氧化物納米材料，以適應復雜及多功能的應用需求。本發明的另一目的在于提供上述氟硅烷改性金屬氧化物納米材料的制備方法和應用。

本發明的目的通過以下技術方案予以實現：

本發明提供的一種氟硅烷改性金屬氧化物納米材料，通過在金屬氧化物粒子表面接枝氟改性烷基硅烷制備而成，其反應原料如下：

納米級金屬氧化物；

氟改性烷基硅烷，結構式為R_f-(CH₂)_n-Si(OR₁)₃，其中，R₁為甲基或乙基，R_f為C_mF_2m+1或C₆F₅，0≤n≤3，1≤m≤13，n、m均為整數；

所述反應原料按質量比納米級金屬氧化物∶氟改性烷基硅烷＝3～7∶1；

所述制備過程為：將所述納米級金屬氧化物加入到由溶劑和水組成的混合溶液中，并調節溶液體系的pH值呈堿性；然后在溶液體系中加入氟改性烷基硅烷以對金屬氧化物粒子進行表面接枝改性而得到氟硅烷改性金屬氧化物納米材料。

本發明納米材料為具有良好穩定性的無色透明溶液，其活性成分為納米級的氟硅烷改性金屬氧化物粒子。

進一步地，本發明所述納米級金屬氧化物的平均粒徑為1～100nm。所述金屬氧化物為鋅、鋁、錳、鈦、鎂、鋯、鐵金屬氧化物中的一種或其組合。

本發明的另一目的通過以下技術方案予以實現：

本發明提供的上述氟硅烷改性金屬氧化物納米材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將納米級金屬氧化物加入到由溶劑和水組成的混合溶液中，在35～65℃溫度下攪拌30～60min，然后保持該溫度并加入堿性催化劑調節溶液體系pH值為8～13，繼續攪拌1～3h；

(2)在溶液體系中加入氟改性烷基硅烷，在35～65℃溫度下繼續攪拌反應2～6h，得到透明溶液，過濾反應產物即得到氟硅烷改性金屬氧化物納米材料。

進一步地，本發明制備方法按照體積比所述水∶溶劑∶氟改性烷基硅烷＝1～3∶20～60∶1。所述溶劑為乙醇、乙二醇、異丙醇、異丙二醇中的一種或其組合。所述堿性催化劑為氫氧化鈉、濃氨水或乙醇鈉。

本發明提供的上述氟硅烷改性金屬氧化物納米材料的應用，適用于玻璃、陶瓷、金屬、塑料、橡膠、電子元器件等的表面處理。

本發明具有以下有益效果：

(1)本發明通過化學改性方法，在納米金屬氧化物表面成功接枝氟改性烷基硅烷，所得改性納米金屬氧化物具有粒度小、分布均勻、分散穩定性好、適用領域廣等優點；而且性能穩定，儲存穩定性好，在室溫下放置6個月不分層，無明顯沉淀，具有金屬材料和有機硅材料所具備的優異的耐高低溫性、耐老化性。