CN107868280A - 一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法。本发明具体步骤包括（1）按质量比例秤取氯磺化聚乙烯和纳米氮化硅粉；（2）将氯磺化聚乙烯溶于三氯甲烷中，将纳米氮化硅粉体放入大烧杯中，加入三氯甲烷，超声分散10‑30min，与氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液一并加入三口烧瓶中，在50‑70℃下高速搅拌回流3‑5 h后迅速倒入培养皿中，于通风橱中让其自由挥发，40‑70℃下真空干燥 10‑15h 后，制得干燥粉末备用；（3）将步骤（2）制得的干燥粉末放入球磨机中，球磨转速200‑300r/min，球磨时间10‑15h，将球磨后的粉末用筛子筛选即得成品。该发明制备的改性纳米氮化硅具有较高的表面自由能，与聚合物相容，在聚合物中分散情况好，且操作简单。

Description

一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，涉及一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法。
背景技术
纳米氮化硅粉体是一类高性能的纳米材料，除具备纳米级材料所特有的性能外，还保持了陶瓷材料的 高硬度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等性能，在许多领域有着广泛的应用。作为一种重要的陶瓷材料，目前对它的表面改性大多是采用烧结助剂包覆氮化硅粉粒，提高烧结助剂在氮化硅浆料中的分散程度及浆料的流动性，从而提高陶瓷制品烧结密度和性能稳定性。对基于纳米氮化硅应用于聚合物方面的表面改性研究不多。如果把纳米氮化硅应用于聚合物中，则可能制成性能优异的无机/有机纳米复合材料。
但是由于纳米氮化硅粉体具有较高的表面自由能，存在不与聚合物相容，在聚合物中分散不好的问题，如何提高纳米氮化硅粉体在聚合物中相容度，改善分散情况是目前需要克服的难题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法。本发明制备的改性纳米氮化硅具有较高的表面自由能，与聚合物相容，在聚合物中分散情况好，且操作简单。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案：
一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，步骤如下：
（1）按质量比例秤取氯磺化聚乙烯和纳米氮化硅粉；
（2）将氯磺化聚乙烯溶于三氯甲烷中制成氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液，将纳米氮化硅粉体放入大烧杯中，加入三氯甲烷，超声分散10-30min，与氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液一并加入三口烧瓶中，在50-70℃下高速搅拌回流3-5 h后迅速倒入培养皿中，于通风橱中让其自由挥发，40-70℃下真空干燥 10-15h 后，制得干燥粉末备用；
（3）将步骤（2）制得的干燥粉末放入球磨机中，球磨转速200-300r/min，球磨时间10-15h，将球磨后的粉末用筛子筛选即得成品。
所述步骤（1）的氯磺化聚乙烯与纳米氮化硅质量比为0.08-0.10。
所述氯磺化聚乙烯的相对分子质量为4200-4500。
所述纳米氮化硅粉的粒径15-20nm。
所述超声分散时间为10-15min。
所述高速搅拌温度为60-70℃，所述高速搅拌回流时间为3-4h。
所述球磨转速为250-300r/min，所述球磨时间为10-13h。
所述筛子的网孔孔径为0.100-0.110mm。
所述真空干燥温度为50-60℃，所述真空干燥时间为11-12h。
本发明的有益效果：通过粒径分析和TEM分析表明，本发明采用低相对分子质量氯磺化聚乙烯作为表面改性剂改性的纳米氮化硅粉体，其粒径明显减小，其中表面改性剂与纳米氮化硅质量比为0.08时，改性纳米氮化硅粉体的粒径最小，低相对分子质量氯磺化聚乙烯中的氯磺酰基与氮化硅粉体表面的羟基、氨基脱水缩合后形成新的化学键，破坏了原纳米氮化硅粉体之间的作用力，可有效阻止纳米粒子的团聚，改性后的纳米氮化硅粉体分散性能较好。
附图说明
图1本发明纳米氮化硅粉体改性前后的TEM照片。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，步骤如下：
（1）按质量比例0.08秤取氯磺化聚乙烯和纳米氮化硅粉，氯磺化聚乙烯的相对分子质量为4200-4500，纳米氮化硅粉的粒径15-20nm；
（2）将氯磺化聚乙烯溶于三氯甲烷中制成氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液，将纳米氮化硅粉体放入大烧杯中，加入三氯甲烷，超声分散10min，与氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液一并加入三口烧瓶中，在50℃下高速搅拌回流3h后迅速倒入培养皿中，于通风橱中让其自由挥发，50℃下真空干燥12h 后，制得干燥粉末备用；
（3）将步骤（2）制得的干燥粉末放入球磨机中，球磨转速250r/min，球磨时间12h，将球磨后的粉末用筛子筛选即得成品，筛子的网孔孔径为0.100mm。
实施例2
一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，步骤如下：
（1）按质量比例0.09秤取氯磺化聚乙烯和纳米氮化硅粉，氯磺化聚乙烯的相对分子质量为4200-4500，纳米氮化硅粉的粒径15-20nm；
（2）将氯磺化聚乙烯溶于三氯甲烷中制成氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液，将纳米氮化硅粉体放入大烧杯中，加入三氯甲烷，超声分散15min，与氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液一并加入三口烧瓶中，在60℃下高速搅拌回流4h后迅速倒入培养皿中，于通风橱中让其自由挥发，55℃下真空干燥13h 后，制得干燥粉末备用；
（3）将步骤（2）制得的干燥粉末放入球磨机中，球磨转速300r/min，球磨时间11h，将球磨后的粉末用筛子筛选即得成品，筛子的网孔孔径为0.104mm。
实施例3
一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，步骤如下：
（1）按质量比例0.10秤取氯磺化聚乙烯和纳米氮化硅粉，氯磺化聚乙烯的相对分子质量为4200-4500，纳米氮化硅粉的粒径15-20nm；
（2）将氯磺化聚乙烯溶于三氯甲烷中制成氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液，将纳米氮化硅粉体放入大烧杯中，加入三氯甲烷，超声分散20min，与氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液一并加入三口烧瓶中，在65℃下高速搅拌回流5h后迅速倒入培养皿中，于通风橱中让其自由挥发，65℃下真空干燥12h 后，制得干燥粉末备用；
（3）将步骤（2）制得的干燥粉末放入球磨机中，球磨转速280r/min，球磨时间13h，将球磨后的粉末用筛子筛选即得成品，筛子的网孔孔径为0.108mm。
对比例为未改性的纳米氮化硅，粒径15-20nm。
一、性能检测
1、粒径分析
改性纳米氮化硅粒径分析结果如表 1 所示。
表1改性纳米氮化硅粒径分析（nm）
项目 对比例 实施例1 实施例2 实施例3
氯磺化聚乙烯与纳米氮化硅质量比 0 0.08 0.09 0.10
平均粒径 265.3 53.4 76.2 114.7
粒径范围 170-294 51-68 29-90 105-130
从表1可以看出，改性纳米氮化硅平均粒径在50-120nm之间明显小于对比例未改性的纳米氮化硅265.3nm，这说明改性后的纳米氮化硅粉体分散性能较好，团聚少而稳定，未改性的纳米氮化硅分散性能较差，团聚较严重且不稳定，其中表氯磺化聚乙烯与纳米氮化硅质量比为0.08时，改性纳米氮化硅粉体的粒径最小，分散最均匀，效果最好。
从图1可以看出，改性前的纳米氮化硅有明显团聚现象，而改性后的纳米氮化硅在三氯甲烷中的平均粒径减小，分散均匀，团聚现象明显减少。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：步骤如下：
（1）按质量比例秤取氯磺化聚乙烯和纳米氮化硅粉；
（2）将氯磺化聚乙烯溶于三氯甲烷中制成氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液，将纳米氮化硅粉体放入大烧杯中，加入三氯甲烷，超声分散10-30min，与氯磺化聚乙烯的三氯甲烷溶液一并加入三口烧瓶中，在50-70℃下高速搅拌回流3-5 h后迅速倒入培养皿中，于通风橱中让其自由挥发，40-70℃下真空干燥 10-15h 后，制得干燥粉末备用；
（3）将步骤（2）制得的干燥粉末放入球磨机中，球磨转速200-300r/min，球磨时间10-15h，将球磨后的粉末用筛子筛选即得成品。
2.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）的氯磺化聚乙烯与纳米氮化硅质量比为0.08-0.10。
3.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述氯磺化聚乙烯的相对分子质量为4200-4500。
4.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述纳米氮化硅粉的粒径15-20nm。
5.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述超声分散时间为10-15min。
6.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述高速搅拌温度为60-70℃，所述高速搅拌回流时间为3-4h。
7.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述球磨转速为250-300r/min，所述球磨时间为10-13h。
8.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述筛子的网孔孔径为0.100-0.110mm。
9.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述真空干燥温度为50-60℃，所述真空干燥时间为11-12h。
10.根据权利要求1所述的高表面自由能的改性纳米氮化硅的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）的氯磺化聚乙烯与纳米氮化硅质量比为0.08。
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