CN110272642A - 一种无机粒子的表面螯合改性方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无机粒子的表面螯合改性方法。包括以下步骤：先将无机粒子加入有适量无水乙醇的容器中，加热反应并搅拌后配成浆液；缓慢滴加螯合剂的乙醇溶液到浆液中，搅拌反应并倒出浆液，蒸馏回收乙醇；研磨得到螯合改性无机粒子。本发明经过螯合改性后的无机粒子作为填料加入到基体材料中后，一方面可以减小粒子之间的相互作用，有效防止粒子的团聚，降低整个体系的粘度，增加体系的流动性；另一方面可以增强粒子与聚合物基体的相容性，使填料粒子在聚合物基体中均匀分散。

Description

一种无机粒子的表面螯合改性方法
技术领域
本发明属于材料技术领域，具体涉及一种无机粒子的表面螯合改性方法。
背景技术
在材料复合成型技术中，无机填料粒子通常作为添加剂来填充到基体材料内，以达到提升复合材料的各种性能的目的。由于无机填料粒子特殊的表面结构很容易团聚，形成团聚体，导致填料粒子在基体中分散效果不好，造成复合材料性能提升不大。目前针对这方面的研究是通过改性无机填料粒子来解决分散不均匀问题。
常用的表面改性剂主要有偶联剂(硅烷、钛酸酯、铝酸酯、磷酸酯等)、表面活性剂(高级脂肪酸及其盐、高级胺盐、非离子型表面活性剂等)、无机改性剂(氧化铝、氧化锆等)。常用的表面改性剂虽然在改善填料和聚合物基体的相容性，分散填料粒子方面起到了较为良好的作用，但是一些在改性过程中所应用的表面改性剂较为昂贵，并且改性方案复杂，这不利于其广泛的应用。因此，研究一些既能简单有效的改性无机粒子，又能节约改性成本的表面改性剂具有重要意义。
发明内容
本发明目的在于提出一种无机粒子的表面螯合改性方法，对于改善其在聚合物树脂中的相容性和提高界面粘结能力效果明显，同时能长期保持这种效果，进一步提高复合材料的力学性能和制品的使用性能。本发明是一种快速、简便、效果更佳，且所用试剂无污染或较小、廉价的改性方法。
为达到上述目的，采用技术效果如下：
一种无机粒子的表面螯合改性方法，包括以下步骤：
1)先将无机粒子加入有适量无水乙醇的容器中，加热反应并搅拌后配成浆液；
2)缓慢滴加螯合剂的乙醇溶液到浆液中，搅拌反应并倒出浆液，蒸馏回收乙醇；
3)研磨得到螯合改性无机粒子。
按上述方案，所述无机粒子为碳酸钙、滑石粉、高岭土、钛酸铅或钛酸锶。
按上述方案，所述螯合剂为酒石酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、二乙基三胺五乙酸(DTPA)、葡萄糖酸钠、柠檬酸、或氮川三乙酸(NTA)。
按上述方案，按重量份数计无机粒子为98-99份；螯合剂为1-2份。
按上述方案，步骤1加热反应温度为30-70℃。
按上述方案，步骤2螯合剂的乙醇溶液质量浓度为0.5～2％
按上述方案，步骤1所得浆液pH值在5-9之间。
本发明的原理及优点如下：
螯合剂作为配位体，能与金属原子或离子产生配位体作用，生成具有环状结构的络合物，该络合物叫做螯合物。本发明经过螯合改性后的无机粒子作为填料加入到基体材料中后，一方面可以减小粒子之间的相互作用，有效防止粒子的团聚，降低整个体系的粘度，增加体系的流动性；另一方面可以增强粒子与聚合物基体的相容性，使填料粒子在聚合物基体中均匀分散。
本发明无机粒子表面螯合改性相对于现有技术的有益效果在于：
本发明提供了一种使用螯合剂改性无机粒子的制备方法，在改性实施中通过探究不同影响改性的因素得出改性最好的条件，整个制备过程无毒害物质使用，具有绿色环保特点。同时该方法可以有效提高有机无机复合材料的界面相容性，并提高相应的力学性能和电学性能等；改性方法简单，成本低廉，可以应用于如碳酸钙、滑石粉、高岭土、钛酸铅、钛酸锶等多种无机粒子。
附图说明
图1：螯合改性滑石粉与未改性滑石粉的红外光谱对比图；
图2：螯合改性高岭土与未改性高岭土的红外光谱对比图；
图3：PP/改性滑石粉和PP/滑石粉的复合材料在常温下的冲击性能对比图；
图4：PP/改性高岭土和PP/高岭土的复合材料在常温下的冲击性能对比图。
具体实施方式
为更好的理解本发明的内容，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实例。
实施例1：
(1)无机粒子与螯合剂的配比按重量份选取：滑石粉98.5份，螯合剂氮川三乙酸NTA1.5份，选取原料备用。
(2)按备用的原料，先将滑石粉加入有适量无水乙醇的容器中，加热并搅拌后配成浆液。然后在恒温50℃，浆液pH＝7.5的条件下，缓慢滴加入螯合剂氮川三乙酸乙醇溶液到浆液中。
(3)反应搅拌1h后倒出浆液，蒸出乙醇，干燥至恒重，研磨，即得到螯合改性后的活性滑石粉。
图1为螯合改性滑石粉与未改性滑石粉的红外光谱对比图。
从图1上可以看出滑石粉的最强吸收在1101cm-1处，是Si-O的伸缩振动，为滑石粉的特征峰。3672cm-1是结晶水的O-H伸缩振动，670cm-1为O-H的弯曲振动吸收。与未改性的滑石粉相比，改性滑石粉在1101cm-1处的吸收峰消失，同时在1800cm-1处生成了新的峰，1800cm-1处的弱峰是C＝O的振动峰，1435cm-1和3672cm-1处的峰分别蓝移到1400cm-1和3680cm-1处，而在1731cm-1羧酸的特征峰消失，表明了NTA通过羧基螯合基团键接到了滑石粉的表面。
将制得的活性滑石粉按10％，20％，30％，40％，50％的质量百分比与PP混合均匀，在挤出机上熔融共混，挤出造粒，干燥。所得粒料在注塑机上注塑成型，制备所需要标准PP/滑石粉复合材料测试样条。未改性的滑石粉作为参照对比。
效果评价：由图3可知，对于PP/改性滑石粉体系，当改性滑石粉的含量为20％时，PP/改性滑石粉复合材料的冲击强度达到最大值6.25KJ/m2。此时，PP/改性滑石粉复合材料的冲击强度比PP/未改性滑石粉复合材料的冲击强度增加了97.92％。
实施例2：
一种无机粒子的表面螯合改性方法，并制备复合材料，其制备步骤如下：
(1)无机粒子与螯合剂的配比按重量份选取：高岭土99.5份，螯合剂二乙基三胺五乙酸(DTPA)0.5份，选取原料备用。
(2)按备用的原料，先将高岭土加入有适量无水乙醇的容器中，加热并搅拌后配成浆液。然后在恒温40℃，浆液pH＝7的条件下，缓慢滴加入螯合剂二乙基三胺五乙酸乙醇溶液到浆液中。
(3)反应搅拌1h后倒出浆液，蒸出乙醇，干燥至恒重，研磨，即得到螯合改性后的活性高岭土。
图2为螯合改性高岭土与未改性高岭土的红外光谱对比图。
从图2可以看出改性高岭土中1792cm-1的吸收峰是C＝O的伸缩振动，1402cm-1的吸收峰相比不加螯合剂时变小和变深是由于C-N伸缩振动，866cm-1的吸收峰是羧酸的成键的O-H键的面外弯曲振动，710cm-1的吸收是N-H面外弯曲振动，说明改性剂中有胺基和羧基，改性高岭土中含有改性剂二乙基三胺五乙酸。
将制得的活性高岭土按10％，20％，30％，40％，50％的比例与PP混合均匀，在挤出机上熔融共混，挤出造粒，干燥。所得粒料在注塑机上注塑成型，制备所需要标准PP/高岭土复合材料测试样条。未改性的高岭土作为参照对比。
效果评价：参照图4可知，对于PP/改性高岭土体系，当改性高岭土的含量为20％时，PP/改性高岭土复合材料的冲击强度达到最大值10.9KJ/m2。此时，PP/改性高岭土复合材料的冲击强度比PP/未改性高岭土复合材料的冲击强度增加了25.29％。

Claims (7)

1.一种无机粒子的表面螯合改性方法，其特征在于包括以下步骤：
1)先将无机粒子加入有适量无水乙醇的容器中，加热反应并搅拌后配成浆液；
2)缓慢滴加螯合剂的乙醇溶液到浆液中，搅拌反应并倒出浆液，蒸馏回收乙醇；
3)研磨得到螯合改性无机粒子。
2.如权利要求1所述无机粒子的表面螯合改性方法，其特征在于所述无机粒子为碳酸钙、滑石粉、高岭土、钛酸铅或钛酸锶。
3.如权利要求1所述无机粒子的表面螯合改性方法，其特征在于所述螯合剂为酒石酸、乙二胺四乙酸、二乙基三胺五乙酸、葡萄糖酸钠、柠檬酸、或氮川三乙酸。
4.如权利要求1所述无机粒子的表面螯合改性方法，其特征在于按重量份数计无机粒子为98-99份；螯合剂为1-2份。
5.如权利要求1所述无机粒子的表面螯合改性方法，其特征在于步骤1加热反应温度为30-70℃。
6.如权利要求1所述无机粒子的表面螯合改性方法，其特征在于步骤2螯合剂的乙醇溶液质量浓度为0.5～2％。
7.如权利要求1所述无机粒子的表面螯合改性方法，其特征在于步骤1所得浆液pH值在5-9之间。
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