[發(fā)明專利]一種對(duì)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料進(jìn)行表面改性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710713381.1
• 申請(qǐng)日: 2017-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN109401360B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李化毅;王竹君;李倩;劉騰飛;鄭水蓉;胡友良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C09C1/00
• 分類號(hào): C09C1/00;C09C1/28;C09C3/06;C09C3/08;C08K3/34;C08K9/04
• 代理公司: 北京知元同創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11535
• 代理人: 田芳

本發(fā)明提供一種作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷復(fù)合材料中的無機(jī)納米粒子的碳化硅、碳化硼和氮化硅的表面改性方法，包含如下步驟：(1)將碳化硅、碳化硼和氮化硅與強(qiáng)堿化合物進(jìn)行反應(yīng)，并除去未反應(yīng)的強(qiáng)堿化合物；(2)將預(yù)羥基化的碳化硅、碳化硼和氮化硅加入濃酸溶液，與取代的苯基硫酸化重氮鹽反應(yīng)，得到表面改性的碳化硅、碳化硼和氮化硅組合物，所述取代的苯基硫酸化重氮鹽由以下結(jié)構(gòu)表示：其中R為基團(tuán)，其選自NH₂?、HO?、HSO₃?、鹵素、烷基；R₁為氫、烷基或烷氧基，X^?為上述酸根離子。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種改性方法，具體涉及一種對(duì)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料中的高溫非氧化物(碳化硼、碳化硅、氮化硅)進(jìn)行表面改性的方法。

背景技術(shù)

高溫結(jié)構(gòu)陶瓷，是用于某種裝置、或設(shè)備、或結(jié)構(gòu)物中，能在高溫條件下承受靜態(tài)或動(dòng)態(tài)的機(jī)械負(fù)荷的陶瓷。高溫結(jié)構(gòu)陶瓷包括高溫氧化物和高溫非氧化物(或稱難熔化合物)兩大類。其中，高溫非氧化物包括碳化硼、碳化硅、氮化硅、氮化硼。它們都屬于無機(jī)非金屬納米粒子。在晶體結(jié)構(gòu)上，無機(jī)非金屬的晶體結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬?gòu)?fù)雜，并且沒有自由的電子，具有比金屬鍵和純共價(jià)鍵更強(qiáng)的離子鍵和混合鍵。這種化學(xué)鍵所特有的高鍵能、高鍵強(qiáng)賦予這一大類陶瓷材料以高熔點(diǎn)、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度和良好的抗氧化性等基本屬性,從而可以在高溫下替代金屬材料(金屬易受腐蝕，在高溫時(shí)不耐氧化，不適合在高溫時(shí)使用)，彌補(bǔ)了金屬材料的弱點(diǎn)，而有廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

目前，把無機(jī)非金屬納米粒子應(yīng)用于聚合物中制成性能優(yōu)異的無機(jī)有機(jī)納米復(fù)合材料成為人們的研究熱點(diǎn)。然而，由于納米粒子比表面積大，表面能高，納米粒子很容易團(tuán)聚；另一方面，納米粒子與表面能比較低的基體的親和性差，二者在相互混合時(shí)不能相溶，導(dǎo)致界面出現(xiàn)空隙，存在相分離現(xiàn)象。只有將納米粒子在聚合物材料中的團(tuán)聚問題解決得好，納米粒子的特殊效應(yīng)才會(huì)在材料中得到很好的體現(xiàn)，最終使材料的力學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等方面的性能都有較大的提高。為了使無機(jī)非金屬納米粒子能夠均勻地分散在聚合物中并與聚合物具有良好的相容性必須對(duì)其進(jìn)行表面改性。

所謂納米粒子的表面改性就是讓納米粒子表面與表面改性劑發(fā)生作用，以改善納米粒子表面的可潤(rùn)濕性，增強(qiáng)納米粒子在介質(zhì)中的界面形容性，使納米粒子容易在有機(jī)化合物或是水中分散。表面改性劑分子結(jié)構(gòu)必須具有易與納米粒子的表面產(chǎn)生作用的特征基團(tuán)，這種特征基團(tuán)可以通過表面改性劑的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而獲得。根據(jù)納米粒子與改性劑表面發(fā)生作用的方式，改性的機(jī)理可分為包覆改性、偶聯(lián)改性等。包覆改性就是用無機(jī)化合物或者有機(jī)化合物(水溶性或油溶性高分子化合物及脂肪酸皂等)對(duì)納米粒子表面進(jìn)行包覆，對(duì)納米粒子的團(tuán)聚起到減弱或屏蔽，由于包覆物而產(chǎn)生了空間位阻斥力，使粒子再團(tuán)聚十分困難，從而達(dá)到改性的目的。包覆的機(jī)理可以是吸附、附著、簡(jiǎn)單化學(xué)反應(yīng)或者沉積現(xiàn)象的包膜等。偶聯(lián)改性是納米粒子表面發(fā)生化學(xué)偶聯(lián)反應(yīng)，兩組分之間除了范德瓦耳斯力、氫鍵或配位鍵相互作用外，還有離子鍵或共價(jià)鍵的結(jié)合。納米粒子表面經(jīng)偶聯(lián)劑處理后可以與有機(jī)物產(chǎn)生很好的相容性。由于偶聯(lián)劑改性操作較容易，偶聯(lián)劑選擇較多，所以該方法在納米復(fù)合材料中應(yīng)用較多。

目前，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料的表面改性方法主要是采用偶聯(lián)劑法、物理包覆法和化學(xué)沉積法等。雖然這些方法在不同程度上都對(duì)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料表面進(jìn)行一定程度的改性，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于其不同功能的改進(jìn)，但是其接枝率低下(10％以下)，改性條件苛刻，并且反應(yīng)周期長(zhǎng)的缺點(diǎn)，使其在實(shí)際的無機(jī)有機(jī)納米復(fù)合材料制備中限制了其發(fā)展。

因此，需要開發(fā)一種接枝率高、步驟條件簡(jiǎn)單的改性方法對(duì)高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料進(jìn)行表面改性，使高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料表面具有特殊的功能性，不僅可以提高其在聚合物中的分散性，而且還可以提高修飾后的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料與聚合物的相容性，從而制備出高性能的無機(jī)納米粒子復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的之一在于提供一種能夠?qū)Ω邷亟Y(jié)構(gòu)陶瓷材料表面改性的方法及使用所述方法所獲得的表面改性的高溫結(jié)構(gòu)陶瓷材料組合物。