[發明專利]一種納米氧化鋁的改性方法

在審

• 申請號: 201510940729.1
• 申請日: 2015-12-16
• 公開（公告）號: CN105348867A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 姚伯龍;高旭瑞;姜峻;王利魁;鄧麗朵
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C09C1/40
• 分類號: C09C1/40;C09C3/12;C09C3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種納米氧化鋁的改性方法。

背景介紹

近年來納米技術迅猛發展，納米材料以其特殊的物理和化學性能倍受青睞?，F已在微電子、化工、國防、航天等領域得到廣泛的應用。納米是一種新型高功能精細無機材料，自制得納米級氧化鋁粉末以來，人們對這一高新材料的認識不斷加深，并發現它的許多特性。

在導熱填料中，納米具有較高的導熱系數、優異的熱穩定性和抗化學腐蝕性、良好的電絕緣性，而且價格低廉和來源廣泛而得到廣泛應用。但是由于納米粒度小、表面能高，處于熱力學非穩定狀態，極易聚集成團，從而影響了納米顆粒的實際應用效果。所以必須對納米顆粒進行表面改性，以降低表面能，減小納米顆粒間的附聚力，改進它在基體中的分散性和分散穩定性，降低兩相界面張力，提高納米顆粒與基體樹脂之間的潤濕性、結合力和相容性，從而改善復合材料的綜合性能。

納米的表面改性方法主要有物理法和化學法。物理改性主要采用機械力分散和超聲波分散，機械力分散主要借助高速攪拌和高速球磨達到粒子分散的目的。超聲波分散是利用超聲空化時產生的局部高溫、高壓或強沖擊波和微射流等，弱化納米粒子間的相互作用能，防止納米團聚而使之分散。納米吸水性強，因此納米粒子與水分子形成氫鍵而交聯在一起，單純用物理方法對納米表面進行改性，得產物分散性較差，效果不是很理想。

化學法主要是指進行機械力分散的同時在氧化鋁表面接枝其它化學基團。加入一些極性較大的分散介質可以增加潤濕力，降低液、固界面的自由能，提高納米顆粒的分散度，另外一些高分子分散劑還可以通過增大高分子物質吸附層厚度來增加空間位阻作用，以達到抑制顆粒團聚的目的。氧化鋁表面接枝其它化學基團的改性，可以提高與樹脂基體的相容性增加氧化鋁的應用范圍。但是目前制備表面改性納米氧化鋁的化學方法工藝復雜，成本較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種納米氧化鋁的改性方法。該方法通過對納米氧化鋁的改性，使得到的納米氧化鋁與水性聚氨酯有良好的相容性同時在光固化時與聚氨酯樹脂產生化學鍵，從而提高整個體系的綜合性能。

本發明的技術方案是：

一種納米氧化鋁的改性方法，包括如下步驟：

(1)將納米a-Al2O3、硅烷偶聯劑和二甲苯加入到三口燒瓶中，在110～120℃溫度范圍內攪拌反應3～5h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于120～140℃的烘箱中干燥2～4h，得到改性納米氧化鋁A；

(2)將得到的A、二甲苯、催化劑和多元羧酸加入到三口燒瓶中在90～110℃溫度范圍內攪拌反應3～5h，將得到的溶液抽濾出納米氧化鋁，然后將其置于120～140℃的烘箱中干燥2～4h，得到改性納米氧化鋁B；

(3)在氮氣氛圍下將二異氰酸酯、阻聚劑、一端含羥基一端含紫外光敏基團化合物、丙酮和催化劑加入到三口燒瓶中，在30～50℃溫度范圍內攪拌反應2～4h，得到溶液C；

(4)將得到的C溶液溫度升高至40～70℃，然后將A慢慢滴加到C內，反應2～3h，得到改性納米氧化鋁D。

步驟(1)中所述的硅烷偶聯劑為γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)；納米氧化鋁與硅烷偶聯劑的質量比為：(1～3):100二甲苯的體積分數為90～95％；二甲苯與硅烷偶聯劑的質量比為(200～1000):1；攪拌速度為400～600r/min；

步驟(2)中的催化劑為十六烷基三甲基溴化銨、三苯基膦、三乙基芐基溴化銨、四丁基溴化銨、中的一種或幾種的混合物；多元羧酸為乙二酸、丁二酸、己二酸、癸二酸中的一種或幾種的混合物；

步驟(3)中的二異氰酸酯為甲苯二異氰酸酯(TDI)、異佛二酮二異氰酸酯(IPDI)、己二異氰酸酯(HDI)、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種的混合物；一端含羥基一端含紫外光敏基團化合物為季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)或甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)或丙烯酸羥乙酯(HEA)一種或幾種的混合物，阻聚劑為對苯二酚和對甲氧基酚中的一種或幾種的混合物，羥基丙烯酸酯與二異氰酸酯物質的量比為：n(羥基丙烯酸)：n(有二異氰酸酯)＝1:(1～3)；丙酮加入量的質量分數為5～20％；催化劑為二月桂酸二丁基錫；

本發明的有益效果是：通過以上反應，合成得到改性納米氧化鋁能夠克服納米粒子在水中的團聚現象和在聚氨酯樹脂中的形容性差的情形，利用雙鍵的紫外燈下的光固化，使得納米氧化鋁能夠很好的分散在樹脂中，增加聚氨酯的導熱性能。