CN108587248A - 改性无机纳米粒子的表面处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性无机纳米粒子的表面处理方法，包括以下方法：1)对改性无机纳米粒子进行预处理；2)将偶联剂共轭二烯聚二甲基硅氧烷加入溶剂中，得到共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液，并加入酸溶液调整pH值至3～4，并于室温下水解，得到水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷；3)再将预处理后的改性无机纳米粒子加入水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液中，水浴加热反应，将反应后的溶液过滤，得到表面处理后的改性无机纳米粒子，即得。

Description

改性无机纳米粒子的表面处理方法
技术领域
本发明涉及一种改性无机纳米粒子的表面处理方法，属于表面处理技术领域。
背景技术
表面修饰技术对改性有机硅综合性能(如导热、表面硬度、物理力学性能等)的影响规律，为了提高改性有机硅的导热性能、表面硬度和物理力学等性能，具有高导热系数的氧化铝、氮化硼、石墨烯、碳纳米管等被加入到聚合物中，以提高聚合物的导热系数。但是，由于填料与基体之间相容性较差，存在着较高的界面热阻。为此，对材料表面进行修饰，提高其与基体之间的相容性，可有效提高材料的导热系数。
但是目前的改性无机纳米粒子的表面改性技术，无法有效降低改性无机纳米粒子表面极性，改性后的无机纳米粒子与基体之间的界面相容性差，从而存在的较高的表面热阻，导热性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性无机纳米粒子的表面处理方法，从而可达到有效降低改性无机纳米粒子表面极性，提高与界面相容性，
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种改性无机纳米粒子的表面处理方法，包括以下方法：
1)对改性无机纳米粒子进行预处理；
2)将偶联剂共轭二烯聚二甲基硅氧烷加入溶剂中，得到共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液，并加入酸溶液调整pH值至3～4，并于室温下水解，得到水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液；
3)再将预处理后的改性无机纳米粒子加入水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液中，水浴加热反应，将反应后的溶液过滤，得到表面处理后的改性无机纳米粒子，即得。
进一步地，在步骤2)中，于室温下水解1～2h。
进一步地，在步骤2)中，所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、环己烷和环己酮中的任一种。
进一步地，在步骤2)中，所述酸溶液选自甲酸、乙酸、碳酸、亚硫酸、盐酸和硫酸溶液中的任一种。
进一步地，在步骤3)中，水浴加热至至65～90℃，反应3～5h，能够使表面处理后的改性无机纳米粒子表面的相容性更好，分布更为均匀。
进一步地，在步骤3)中，水浴加热至70～85℃，反应3～4h。
进一步地，在步骤3)中，水浴加热至80℃。
进一步地，在步骤3)中，还包括将得到的表面处理后的改性无机纳米粒子进行真空干燥的步骤。
进一步地，在步骤3)中，于55～65℃下真空干燥24h以上。
进一步地，在步骤1)中，将改性无机纳米粒子于650～750℃下，灼烧3～4h预处理。
进一步地，在步骤1)中，将改性无机纳米粒子于700℃下，灼烧3h预处理。
进一步地，所述改性无机纳米粒子选自改性纳米氧化铝、氮化硼、石墨烯和碳纳米管中的任一种。
本发明的有益效果在于：通过共轭二烯聚二甲基硅氧烷作为偶联剂对改性无机纳米粒子进行表面处理，控制偶联剂的pH为3～4进行偶联剂水解，然后再将改性无机纳米粒子加入水解后的偶联剂溶液中反应，从而能够有效地对改性无机纳米粒子进行表面处理；具体地，界面上硅烷偶联剂水解生成的3个硅羟基中只有1个与基材表面键合；剩下的2个Si-OH，或与其他硅烷中的Si-OH缩合，或呈游离状态。因此，通过共轭二烯聚二甲基硅氧烷偶联剂可使2种性能差异很大的材料界面偶联起来，发生化学偶联反应，实现对改性无机纳米粒子填料表面更有效的有机包覆，达到降低改性无机纳米粒子表面极性，提高与界面相容性，解决现有技术中存在的无机纳米粒子与基体之间的界面相容性差的技术难题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的实施例1得到的表面处理后的改性纳米氧化铝的红外光谱图；
图2为本发明的实施例1得到的表面处理后的改性纳米氧化铝的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
1)将改性纳米氧化铝于箱式电炉中700℃灼烧3h，进行预处理；
2)将偶联剂共轭二烯聚二甲基硅氧烷加入乙醇中，得到共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液，并加入乙酸溶液调整pH值至3～4，并于室温下水解1h，得到水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液；
3)再将预处理后的改性纳米氧化铝加入水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液中，水浴加热至70℃，反应3h，将反应后的溶液过滤，然后用甲苯洗涤，并于真空60℃干燥24h，得到表面处理后的改性纳米氧化铝，即得。
测定表面处理后的改性纳米氧化铝的红外光谱图，结果如图1所示，从图中可以看出在1068cm-1-2206cm-1处有吸收峰出现，说明偶联剂与氧化铝发生化学偶联反应形成了表面包覆。
并在扫描电镜下观察表面处理后的改性纳米氧化铝的结果，结果如图2所示，从图中可以看出改性后的纳米氧化铝均匀分散，没有团聚现象。
实施例2
1)将改性纳米氮化硼于箱式电炉中700℃灼烧3h，进行预处理；
2)将偶联剂共轭二烯聚二甲基硅氧烷加入异丙醇中，得到共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液，并加入甲酸溶液调整pH值至3～4，并于室温下水解2h，得到水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液；
3)再将预处理后的改性纳米氮化硼加入水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液中，水浴加热至75℃，反应4h，将反应后的溶液过滤，然后用甲苯洗涤，并于真空55℃干燥24h，得到表面处理后的改性纳米氮化硼，即得。
实施例3
1)将改性碳纳米管于箱式电炉中700℃灼烧3h，进行预处理；
2)将偶联剂共轭二烯聚二甲基硅氧烷加入环己酮中，得到共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液，并加入碳酸溶液调整pH值至3～4，并于室温下水解1h，得到水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液；
3)再将预处理后的改性碳纳米管加入水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液中，水浴加热至85℃，反应5h，将反应后的溶液过滤，然后用甲苯洗涤，并于真空65℃干燥24h，得到表面处理后的改性碳纳米管，即得。
调整本发明的权利要求保护范围内参数，对改性无机纳米粒子进行表面处理，得到表面处理后的改性无机纳米粒子，同时取实施例2-3表面处理后的无机纳米粒子进行红外分析和扫描电镜观察，红外分析结果表明，偶联剂与无机纳米粒子均形成了表面包覆结构，表明本发明的方法能够有效地对改性无机纳米粒子进行表面处理；扫描电镜图表明通过本发明的方法表面处理后的无机纳米粒子均匀分散，没有团聚现象。
试验例1
将本发明实施例1-3的表面处理粒子以及未表面处理粒子与尼龙6分别进行共混，添加量为20％，然后测试复合材料的导热系数，结果如下述表1所示。
表1
从上述表1可以看出通过共轭二烯聚二甲基硅氧烷作为偶联剂对改性无机纳米粒子进行表面处理的实施例1-3，相比未表面处理粒子，其尼龙复合材料导热系数提高了60％-80％，说明通过共轭二烯聚二甲基硅氧烷偶联剂可使2种性能差异很大的材料界面偶联起来，发生化学偶联反应，实现对改性无机纳米粒子填料表面更有效的有机包覆，达到降低改性无机纳米粒子表面极性，提高与界面相容性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种改性无机纳米粒子的表面处理方法，包括以下方法：
1)对改性无机纳米粒子进行预处理；
2)将偶联剂共轭二烯聚二甲基硅氧烷加入溶剂中，得到共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液，并加入酸溶液调整pH值至3～4，并于室温下水解，得到水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液；
3)再将预处理后的改性无机纳米粒子加入水解共轭二烯聚二甲基硅氧烷溶液中，水浴加热反应，将反应后的溶液过滤，得到表面处理后的改性无机纳米粒子，即得。
2.根据权利要求1所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，在步骤2)中，于室温下水解1～2h。
3.根据权利要求1所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，在步骤2)中，所述溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、环己烷和环己酮中的任一种。
4.根据权利要求1所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，在步骤2)中，所述酸溶液选自甲酸、乙酸、碳酸、亚硫酸、盐酸和硫酸溶液中的任一种。
5.根据权利要求1所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，在步骤3)中，水浴加热至65～90℃，反应3～5h。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，在步骤3)中，还包括将得到的表面处理后的改性无机纳米粒子进行真空干燥的步骤。
7.根据权利要求6所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，在步骤3)中，于55～65℃下真空干燥24h以上。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，在步骤1)中，将改性无机纳米粒子于650～750℃下，灼烧3～4h预处理。
9.根据权利要求8所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，在步骤1)中，将改性无机纳米粒子于700℃下，灼烧3h预处理。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的改性无机纳米粒子的表面处理方法，其特征在于，所述改性无机纳米粒子选自改性纳米氧化铝、氮化硼、石墨烯和碳纳米管中的任一种。
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