CN105419399A - 一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法，通过选用合适的分散剂和偶联剂，利用机械力球磨法搅拌、挤压、冲击、研磨等作用将分散剂和偶联剂与氧化锌有效混合，使偶联剂分子在氧化锌粉体表面发生物理化学作用，制备表面功能化修饰、分散性好的氧化锌。本发明提供的改性方法具有制备方法简单、工艺绿色环保、生产成本低廉的特点。本发明表面修饰后的氧化锌在塑料中的分散性和相容性有明显的改善。

Description

一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法
技术领域
本发明属于无机粉体表面改性技术领域，具体涉及一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法。
背景技术
纳米氧化锌是一种新型的高功能精细无机材料，由于它在光学、力学、磁学等方面展现出的特殊功能，使其在众多领域有着重要的应用价值。但是纳米ZnO颗粒细小，具有小尺寸效应、表面效应等特殊性质使其表面能极大、表面活性极高、极性极强，添加到有机材料中容易发生团聚，难以分散均匀，与有机材料之间无结合力易造成界面缺陷，因此有必要对其进行表面改性。
表面改性技术是指采用物理或化学的方法对粉体表面进行处理，有目的地改变其表面物理化学性质，以满足特定使用要求的工艺。表面改性的方法很多，目前常用的表面改性技术主要是物理法、化学法和机械力化学法。物理法虽改性工艺简单，改性剂添加量高，改性效率低；化学法改性效率高，改性工艺相对复杂，不适合大规模生产；机械力化学法改性效率高、工艺简单、成本低廉，适合大规模生产。
机械力球磨法利用强机械力挤压、冲击、剪切、研磨等物理作用，激活用于表面包覆的改性剂和ZnO粉体，使改性剂均匀分布在ZnO粉体颗粒外表面，各组分之间互相渗透扩散，形成表面包覆改性。纳米ZnO表面改性不仅可以减少纳米粒子之间的相互作用，消除表面高势能，还可以调节其疏水性，改善其与有机基体之间的润湿性和结合力，从而最大限度地发挥其优异性能。经检索相关专利文献，未发现有类似机械力球磨法改性ZnO粉体的报道。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明是开发了一种质量稳定、操作简单、能耗低的表面修饰氧化锌的制备方法，表面修饰后的氧化锌在塑料中的分散性和相容性得到明显改善，可应用于聚丙烯、聚乙烯、对苯二甲酸乙二醇酯等高分子材料中。
一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
a、向400ml球磨罐内加入20-100g氧化锌、100ml去离子水、氧化锌:球磨介质质量比=1:10-1:1，氧化锌:分散剂质量比=100:10-100:1，搅拌1-3min，形成均匀的浆料；将球磨罐置于球磨机内，设定球磨转速为200-450rpm，球磨时间为1-2h；
b、暂停球磨机，向球磨罐内加入偶联剂，氧化锌:偶联剂质量比=100:10-100:1，继续球磨处理1-2h；
c、将处理后浆料用去离子水多次洗涤抽滤，置于60-120℃烘箱中烘干，研磨后得到粉末状的表面修饰后的氧化锌。
2.根据权利要求1所述的一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法，其特征在于，选用的氧化锌的二次粒度为1-5um。
选用的分散剂为聚丙烯酸钠、三乙醇胺、季戊四醇、六偏磷酸钠等的一种或几种。
选用的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-570等的一种或几种。
选用的球磨反应装置为卧式球磨机、立式球磨机。
本发明的表面修饰氧化锌的处理方法具有以下优势：
1.本发明采用强烈的机械力对氧化锌粉体表面进行激活，在一定程度上提高粉体的表面活性和化学吸附能力，引发偶联剂分子在其粉体表面发生化学反应或物理吸附，从而达到表面修饰粉体的目的，进一步提高了氧化锌粉体的表面修饰率。
2.本发明的表面修饰氧化锌的处理方法具有制备方法简单、工艺绿色环保、生产成本低廉、可进行连续性规模化工业生产等优点。
附图说明
图1为本发明实施例1改性前氧化锌的SEM图。
图2为本发明实施例1改性后氧化锌的SEM图。
具体实施方式
本发明通过下面的具体实例进行详细描述，但本发明的保护范围不受限于这些实施例。
实施例1：向400ml球磨罐内加入40g氧化锌、100ml去离子水、280g球磨介质，聚丙烯酸钠2g，搅拌1min，形成均匀的浆料。将球磨罐置于球磨机内，设定球磨转速为400rpm，球磨时间为1.5h；暂停球磨机，向球磨罐内加入偶联剂KH-5701.2g，继续球磨处理1h；将处理后浆料用去离子水多次洗涤抽滤，置于80℃烘箱中烘干，研磨后得到粉末状的表面修饰后的氧化锌。实施例1改性前后氧化锌的SEM图分别如图1、图2所示。
实施例2：向400ml球磨罐内加入80g氧化锌、100ml去离子水、320g球磨介质，三乙醇胺2.4g，搅拌2min，形成均匀的浆料。将球磨罐置于球磨机内，设定球磨转速为450rpm，球磨时间为1h；暂停球磨机，向球磨罐内加入偶联剂KH-5601.4g，继续球磨处理2h；将处理后浆料用去离子水多次洗涤抽滤，置于80℃烘箱中烘干，研磨后得到粉末状的表面修饰后的氧化锌。实施例2改性后氧化锌在聚丙烯塑料中含量为30wt%时，聚丙烯塑料的力学性能如表1所示。
实施例3：向400ml球磨罐内加入100g氧化锌、100ml去离子水、300g球磨介质，季戊四醇2g，搅拌1min，形成均匀的浆料。将球磨罐置于球磨机内，设定球磨转速为350rpm，球磨时间为2h；暂停球磨机，向球磨罐内加入偶联剂KH-5506g，继续球磨处理1h；将处理后浆料用去离子水多次洗涤抽滤，置于80℃烘箱中烘干，研磨后得到粉末状的表面修饰后的氧化锌。实施例3改性后氧化锌在聚丙烯塑料中含量为30wt%时，聚丙烯塑料的力学性能如表1所示。
实施例4：向400ml球磨罐内加入20g氧化锌、100ml去离子水、120g球磨介质，六偏磷酸钠1.6g，搅拌2min，形成均匀的浆料。将球磨罐置于球磨机内，设定球磨转速为250rpm，球磨时间为2h；暂停球磨机，向球磨罐内加入偶联剂KH-5501g，继续球磨处理1h；将处理后浆料用去离子水多次洗涤抽滤，置于80℃烘箱中烘干，研磨后得到粉末状的表面修饰后的氧化锌。实施例4改性后氧化锌在聚丙烯塑料中含量为30wt%时，聚丙烯塑料的力学性能如表1所示。
表1未经本发明实施例改性和经本发明实施例2、例3、例4改性后氧化锌在聚丙烯塑料中含量为30wt%时，聚丙烯塑料的力学性能
注：实施例0表示未经本发明实施例改性的氧化锌在聚丙烯塑料中含量为30wt%时，聚丙烯塑料的力学性能
拉伸测试按照GB/T1040.2-2006检测方法与标准进行检测；
弯曲测试按照GB/T9341-2000检测方法与标准进行检测；
冲击测试按照GB/T1843-2008检测方法与标准进行检测。

Claims (5)

1.一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
a、向400ml球磨罐内加入20-100g氧化锌、100ml去离子水、氧化锌:球磨介质质量比=1:10-1:1，氧化锌:分散剂质量比=100:10-100:1，搅拌1-3min，形成均匀的浆料；将球磨罐置于球磨机内，设定球磨转速为200-450rpm，球磨时间为1-2h；
b、暂停球磨机，向球磨罐内加入偶联剂，氧化锌:偶联剂质量比=100:10-100:1，继续球磨处理1-2h；
c、将处理后浆料用去离子水多次洗涤抽滤，置于60-120℃烘箱中烘干，研磨后得到粉末状的表面修饰后的氧化锌。
2.根据权利要求1所述的一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法，其特征在于，选用的氧化锌的二次粒度为1-5um。
3.根据权利要求1所述的一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法，其特征在于，选用的分散剂为聚丙烯酸钠、三乙醇胺、季戊四醇、六偏磷酸钠等的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法，其特征在于，选用的偶联剂为硅烷偶联剂KH-550、KH-560、KH-570等的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种机械力球磨法表面修饰氧化锌的处理方法，其特征在于，选用的球磨反应装置为卧式球磨机、立式球磨机。
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