CN109930204B - 一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法在硫酸镁溶液中滴加碱性溶液，然后加入脂肪酸或脂肪酸/醇类作为原位改性剂得到乳浊液，水热反应后得到原位疏水改性碱式硫酸镁晶须。本发明的通过对碱式硫酸镁晶须进行原位疏水改性，采用油酸、硬脂酸、棕榈酸等脂肪酸类物质为原位改性剂，在制备过程中直接对碱式硫酸镁晶须进行原位改性，使其具有较好的疏水性能，在应用过程中可强化与疏水性基体的相容性，提高复合材料的性能。
Description
技术领域
本发明属于粉体材料功能化改性技术领域，具体涉及一种以原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法。
背景技术
碱式硫酸镁晶须(Magnesium Sulfate Whisker，简称为MHSHw)最常见的应用领域是热塑性树脂的增强填料。然而，直接将MHSHw添加至聚合物基体中，所呈现的增强效果并不理想。主要原因有两个：①晶须与聚合物基体的相容性不好；②晶须在基体中分散不均。事实上，不仅MHSHw，几乎所有无机填料(粉末)添加到聚合物或橡胶基质中，都存在着相容性和分散性不均匀的问题，主要是由于无机填料的极性与有机基质的极性之间的差异。由于无机粉体的表面能高而聚合物基体的低，二者难以相容，导致复合材料性能较差。为了解决这个难题，最简单有用的方法就是对填料的表面进行改性，从而改善填料在基体中的分散性，使晶须更好的与基体相容在一块。
表面改性是指通过化学、物理、机械等方法对粉末颗粒的表面性质进行修饰，进一步改变粉末表面的化学和物理性质，例如粉体的表面结构、表面能、吸附性、电性等，以满足我国工业化生产和粉体材料表面结构能符合实际的生产需要。表面改性最主要的目标为：改善无机粉体的某些表面特性，从而提升其在基体中的分散性，使其与基体能够更好的相容，使得无机粉体可以更好的应用到实际生产中。
表面改性的方法根据不同的标准有多不同的分类。根据改性性质的区别可以将其分为表面物理法、表面化学法。根据改性工艺又可分为表面包覆法、表面化学法以及原位表面改性法等。
原位表面改性法是指在制备无机粉体的同时添加表面改性剂对其进行表面改性的一种方法。改法不仅使制备出来的产物具有更好的分散性，而且还可以有目的的改变产物的形貌、晶型。对MHSHw的改性剂主要有偶联剂改性、表面活性剂、脂肪酸及其盐等。主要有化学(物理)包覆法、原位聚合法、乳液聚合法等，改性后的晶须一般用作塑料等聚合物的增强补强、防火阻燃的填充材料。
发明内容
本发明的目的是通过对碱式硫酸镁晶须进行原位疏水改性，采用油酸、硬脂酸、棕榈酸等脂肪酸类物质为原位改性剂，在制备过程中直接对碱式硫酸镁晶须进行原位改性，使其具有较好的疏水性能，在应用过程中可强化与疏水性基体的相容性，提高复合材料的性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法在硫酸镁溶液中滴加碱性溶液，然后加入脂肪酸或脂肪酸/醇类作为原位改性剂得到乳浊液，水热反应后制备得到原位疏水改性碱式硫酸镁晶须。
作为技术方案的优选，所述原位改性剂的加入量为硫酸镁溶液体积的0.5-4.5vol.％。
作为技术方案的优选，当以脂肪酸/醇类作为原位改性剂时，所述原位改性剂中脂肪酸与醇类的体积比为1:0.5-2。
作为技术方案的优选，所述脂肪酸为液体脂肪酸油酸、固体脂肪酸硬脂酸、棕榈酸中任一种。
作为技术方案的优选，所述醇类为乙醇或乙二醇。
作为技术方案的优选，所述碱性溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾。
作为技术方案的优选，所述水热合成的温度140-200℃。
作为技术方案的优选，所述水热合成的时间为：1-7h。
作为技术方案的优选，所述水热合成的转速为200-700r/min。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过对碱式硫酸镁晶须进行原位疏水改性，使其具有较好的疏水性能，在应用过程中可强化与疏水性基体的相容性，提高复合材料的性能。
2、本发明采用脂肪酸作为改性剂，使得MHSHw的活化指数高，接触角可达127.7°，疏水性效果好。
3、本发明采用醇类可起到晶型控制剂的作用，由于脂肪酸不溶于水，因此在制备过程中容易出现白色块状物，加入醇类可以使得脂肪酸溶解，调和脂肪酸与水溶液的接触，使得脂肪酸不会很快呈块状，有利于脂肪酸分子有效利用，并且能够对晶须的形貌起到调控作用，使得产物的表面没有了其它杂质，峰型尖锐，结晶完好。
附图说明
图1为本发明的制备流程图。
图2为实施例1制备得到产物的SEM图。
图3为实施例1制备得到产物的XRD图。
图4为实施例2制备得到产物的SEM图。
图5为实施例2制备得到产物的XRD图。
图6为实施例3制备得到产物的SEM图。
图7为实施例3制备得到产物的XRD图。
图8为实施例4制备得到产物的SEM图。
图9为实施例5制备得到产物的SEM图。
图10为实施例5制备得到产物的XRD图。
图11为实施例6制备得到产物的SEM图。
图12为实施例6制备得到产物的XRD图。
图13为实施例1-6制备得到的产物水接触角对比图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本申请中的技术方案，下面将结合实施例来对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例1一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法在硫酸镁溶液中滴加氨水，然后加入液体脂肪酸油酸(简称OA)为原位改性剂，加入量为硫酸镁溶液体积的0.5vol.％，得到乳浊液，将乳浊液加入高压反应釜中，对碱式硫酸镁晶须进行疏水改性，通过水热合成法制备得到原位疏水改性碱式硫酸镁晶须，水热合成的温度180℃，时间为5h，转速为500r/min。
对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行SEM扫描分析以及XRD图谱分析，得到如图2所示的SEM图及图3所示的XRD图，由图中可以知道原位疏水改性碱式硫酸镁晶须在原位改性剂加入量为硫酸镁溶液体积的0.5vol.％时得到较好的生长，晶型形貌均匀，呈单根纤维状，但晶须量较少。对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行水接触角的测量得到产物的水接触角为92.1°，表明产物由亲水变为疏水。
实施例2
一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法在硫酸镁溶液中滴加氢氧化钠，然后加入固体脂肪酸硬脂酸/乙醇(简称EtOH)为原位改性剂，加入量为硫酸镁溶液体积的1.5vol.％，原位改性剂中固体脂肪酸硬脂酸与乙醇的体积比为1:1，得到乳浊液，将乳浊液加入高压反应釜中，对碱式硫酸镁晶须进行疏水改性，通过水热合成法制备得到原位疏水改性碱式硫酸镁晶须，水热合成的温度200℃，时间为：7h，转速为200r/min。
对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行SEM扫描分析以及XRD图谱分析，得到如图4所示的SEM图及图5所示的XRD图，由图中可以知道原位疏水改性碱式硫酸镁晶须在原位改性剂加入量为硫酸镁溶液体积的1.5vol.％时得到较好的生长，晶型形貌均匀，呈单根纤维状。对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行水接触角的测量得到产物的水接触角为123.5°，表明产物由亲水变为疏水。
实施例3
一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法在硫酸镁溶液中滴加氢氧化钾，然后加入棕榈酸/乙二醇(简称EG)为原位改性剂，加入量为硫酸镁溶液体积的2.5vol.％，原位改性剂中棕榈酸与乙二醇的体积比为1:2，得到乳浊液，将乳浊液加入高压反应釜中，对碱式硫酸镁晶须进行疏水改性，通过水热合成法制备得到原位疏水改性碱式硫酸镁晶须，水热合成的温度140℃，时间为：1h，转速为700r/min。
对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行SEM扫描分析以及XRD图谱分析，得到如图6所示的SEM图及图7所示的XRD图，由图中可以知道原位疏水改性碱式硫酸镁晶须在原位改性剂加入量为硫酸镁溶液体积的2.5vol.％时得到较好的生长，晶型形貌均匀，呈单根纤维状，晶须量多且均匀。对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行水接触角的测量得到产物的水接触角为127.5°，表明产物由亲水变为疏水。
实施例4
一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法在硫酸镁溶液中滴加氨水，然后加入OA/EtOH为原位改性剂，加入量为硫酸镁溶液体积的3.5vol.％，原位改性剂中液体脂肪酸油酸与乙醇的体积比为1:0.5，得到乳浊液，将乳浊液加入高压反应釜中，对碱式硫酸镁晶须进行疏水性改性，通过水热合成法制备得到原位疏水改性碱式硫酸镁晶须，水热合成的温度160℃，时间为：3h，转速为300r/min。
对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行SEM扫描分析，得到如图8所示的SEM图，由图中可以知道原位疏水改性碱式硫酸镁晶须在原位改性剂加入量为硫酸镁溶液体积的3.5vol.％时得到一般，晶型形貌均匀，呈单根纤维状，晶须量少。对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行水接触角的测量得到产物的水接触角为105.7°，表明产物由亲水变为疏水。
实施例5
一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法在硫酸镁溶液中滴加氨水，然后加入OA/EG为原位改性剂，加入量为硫酸镁溶液体积的4.5vol.％，原位改性剂中液体脂肪酸油酸与乙醇的体积比为1:1.5，得到乳浊液，将乳浊液加入高压反应釜中，对碱式硫酸镁晶须进行疏水改性，通过水热合成法制备得到原位疏水改性碱式硫酸镁晶须，水热合成的温度180℃，时间为：5h，转速为600r/min。
对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行SEM扫描分析以及XRD图谱分析，得到如图9所示的SEM图及图10所示的XRD图，由图中可以知道原位疏水改性碱式硫酸镁晶须在原位改性剂加入量为硫酸镁溶液体积的3.5vol.％时得到较为凌乱，晶型形貌较差，呈杂错状。对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行水接触角的测量得到产物的水接触角为80.3°，表明产物由亲水变为疏水。
实施例6
一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，该方法在硫酸镁溶液中滴加氨水，得到乳浊液，未加入疏水改性剂，将乳浊液加入高压反应釜中，通过水热合成法制备得到碱式硫酸镁晶须，水热合成的温度180℃，时间为：5h，转速为500r/min。
对制备得到的未疏水改性的碱式硫酸镁晶须进行SEM扫描分析以及XRD图谱分析，得到如图11所示的SEM图及图12所示的XRD图，由图中可以知道在不加入改性剂时碱式硫酸镁晶须得到较好的生长，晶型形貌均匀，呈单根纤维状。对制备得到的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须进行水接触角的测量得到水接触角为17.3°，表明产物亲水性较强。
综合以上实施例制备得到的硫酸镁晶须的水接触角测量数据得到如图13所示的改性剂用量与水接触角大小的图，由图可知，未加入疏水改性剂的碱式硫酸镁晶须的接触角为17.3，呈亲水性，随着改性剂的加入量增加原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的接触角呈现先升后降的规律，因此，在原位改性时，需要严格控制改性剂的用量，才能获得理想的改性效果。未改性时虽能得到形貌较好的晶须，但是其亲水性较强，不能符合疏水性的要求。
Claims (4)
1.一种原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，其特征在于：该方法在硫酸镁溶液中滴加碱性溶液，然后加入脂肪酸/醇类作为原位改性剂得到乳浊液，水热反应后制备得到原位疏水改性碱式硫酸镁晶须；
所述原位改性剂中脂肪酸与醇类的体积比为1: 2；
所述碱式硫酸镁晶须晶型形貌均匀，呈单根纤维状；
所述原位改性剂的加入量为硫酸镁溶液体积的0.5-4.5 vol.%；所述脂肪酸为棕榈酸；所述醇类为乙二醇；所述碱性溶液为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾。
2.根据权利要求1所述的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，其特征在于：所述水热合成的温度140-200℃。
3.根据权利要求2所述的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，其特征在于：所述水热合成的时间为：1-7h。
4.根据权利要求2所述的原位疏水改性碱式硫酸镁晶须的制备方法，其特征在于：所述水热合成的转速为200-700r/min。
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