CN1978312A

CN1978312A - 采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶及其制备方法

Info

Publication number: CN1978312A
Application number: CN 200510126295
Authority: CN
Inventors: 王小群; 杜善义; 韦第升; 赵臻璐; 王晨
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University; Beijing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2005-12-05
Filing date: 2005-12-05
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2025-12-05
Also published as: CN100410169C

Abstract

本发明涉及无机氧化物溶胶，特别涉及采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶及其制备方法。在常压、室温～100℃的温度条件下，将占溶胶产品总量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到无机氧化物溶胶中，回流，搅拌，得到采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶。本发明的采用高分子化合物改性的无机氧化物溶胶稳定剂具有稳定性好、受热或长期存储过程中溶胶粒子不团聚，其透明性保持不变的特点。特别是在将本发明的无机氧化物溶胶作为添加剂或改性剂加入到高分子材料中制备复合材料时，即使在反应温度高达200℃的条件下，无机氧化物相仍能在整个制备过程中保持稳定，不团聚，从而得到性能优良的有机/无机杂化材料。

Description

采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及无机氧化物溶胶，特别涉及采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶及其制备方法。

背景技术

有机-无机杂化聚合物材料通过有机高分子材料和无机材料的分子水平的复合，从而兼具两类材料的优点。如有机-无机杂化材料具有无机材料的良好的耐热性和刚性，同时还具有有机高分子材料良好的加工性和韧性。特别是当无机杂化聚合物材料的有机相区与无机相区尺寸均在纳米范围内，这种精密的混合可以使这类材料在光学透明性、可调折射率、力学性能、耐高温、耐磨损、柔韧性、功能性等方面表现出单纯有机高分子材料或无机材料所不具备的优越性能。

有机-无机杂化材料的一种重要的制备方法是溶胶-凝胶法。在溶胶-凝胶法制备杂化材料中，关键的技术问题是如何保证制备过程中溶胶体系的稳定性，从而确保无机相在有机相中实现“分子水平”的分散。因为在杂化过程中一旦溶胶体系失去稳定性，无机粒子将相互聚结变大，导致沉聚，使杂化材料中无机相的尺寸过大，出现相分离，影响最终杂化材料的性能。

因此，为了提高溶胶体系的稳定性，通常是在其中加入添加剂以实现对溶胶体系的改性。公开号为CN1451632的专利采用乙酰丙酮作为稳定剂，制备了锆钛酸铅的稳定溶胶。而公开号为CN1556065的专利以乙酰丙酮、二甲基甲酰胺、乙酰乙酸乙酯、戊二酮和醋酸等有机物中的一种或一种以上作络合剂，无机酸作共溶剂，水和醇作溶剂，制备了稳定的BaO、B₂O₃、SiO₂溶胶，溶胶的稳定期可达45天，固含量最高可达18％。专利JP2002060651制备了透明性和稳定性均良好的金属氧化物溶胶。公开号为CN1648043采用疏水溶剂置换出原溶胶中的醇溶剂，通过疏水基团的作用使氧化硅颗粒均匀分散，得到稳定的氧化硅溶胶。

发明内容

本发明的一目的是提供具有稳定性好、受热或长期存储过程中溶胶粒子不团聚，其透明性保持不变的采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶。

本发明的另一目的是提供一种采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶的制备方法。

本发明的采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶是由高分子化合物和无机氧化物溶胶组成，其中高分子化合物占溶胶产品总量的0.01wt％～5wt％；无机氧化物溶胶由无机氧化物和溶剂组成，其中无机氧化物占无机氧化物溶胶总量的1wt％～40wt％。

本发明的采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶的制备方法是：在常压、室温～100℃的温度条件下，将占溶胶产品总量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到无机氧化物溶胶中，在回流的条件下，搅拌1～2小时，得到采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶。

所述的无机氧化物溶胶由无机氧化物和溶剂组成，其中无机氧化物占无机氧化物溶胶总量的1wt％～40wt％；溶剂可以是水、醇或水与醇的混合溶剂，混合溶剂中的水优选占3wt％～95wt％。

所述的醇是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇中的一种或一种以上的混合物。

所述的无机氧化物选自氧化铝、氧化锆、二氧化硅、氧化钙、五氧化二锑、二氧化铈、氧化钇、氧化锌、氧化镍、氧化铬、氧化钛中的一种或一种以上的混合物。

所述的高分子化合物选自聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚氧乙烯(PEO)、聚苯乙烯(PS)中的一种或一种以上的混合物，占溶胶产品总量的0.01wt％～5wt％。

所述的聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯的分子量在200～50000之间，其中聚乙二醇的平均分子量优选为200～8000，优选占溶胶产品总量的0.01wt％～2wt％；聚氧乙烯的平均分子量为200～800，优选占溶胶产品总量的0.1wt％～1wt％。

所述的聚乙烯醇的平均聚合度为100～2000，优选占溶胶产品总量的0.01wt％～5wt％；平均聚合度为300～1000，更优选占溶胶产品总量的0.1wt％～4wt％。

本发明的采用高分子化合物改性的无机氧化物溶胶稳定剂具有稳定性好、受热或长期存储过程中溶胶粒子不团聚，其透明性保持不变的特点。特别是在将本发明的无机氧化物溶胶稳定剂作为添加剂或改性剂加入到高分子材料中制备复合材料时，即使在反应温度高达200℃的条件下，无机氧化物相仍能在整个制备过程中保持稳定，不团聚，从而得到性能优良的有机/无机杂化材料。

具体实施方式

实施例1

在二氧化锆溶胶体系(二氧化锆占溶胶总量的20wt％，溶剂为水)中加入占溶胶产品总量1wt％的PEG(平均分子量为1000)，在常压、50℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化锆溶胶。

实施例2

在二氧化锆和氧化铝混合溶胶体系(二氧化锆占溶胶总量的10wt％，氧化铝占溶胶总量的10wt％，溶剂为乙醇)中加入占溶胶产品总量为1wt％的PVA(平均聚合度为2000)，在常压、40℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化锆和氧化铝复合溶胶。

实施例3

在二氧化硅溶胶体系(二氧化硅占溶胶总量的25wt％，溶剂为水与乙醇的混合物，两者重量比为3∶1)中加入占溶胶产品总量0.5wt％的PEG(平均分子量为4000)和占溶胶产品总量0.1wt％的PVA(平均聚合度为1000)，在常压、60℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化硅溶胶。

实施例4

在二氧化硅、氧化铝和氧化钛复合溶胶体系(二氧化硅占溶胶总量的10wt％，氧化铝占溶胶总量的5wt％，氧化钛占溶胶总量的5wt％，溶剂为水)中加入占溶胶产品总量0.01wt％的PS(平均分子量为50000)和占溶胶产品总量5wt％的PVA(平均聚合度为100)，在常压、50℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化硅、氧化铝和氧化钛复合溶胶。

实施例5

在二氧化锆溶胶体系(二氧化锆占溶胶总量的20wt％，溶剂为丙醇)中加入占溶胶产品总量1wt％的PEG(平均分子量为1000)，在常压、80℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化锆溶胶。

实施例6

在二氧化锆和氧化铝混合溶胶体系(二氧化锆占溶胶总量的10wt％，氧化铝占溶胶总量的10wt％，溶剂为乙醇)中加入占溶胶产品总量为1wt％的PEO(分子量为200)，在常压、40℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化锆和氧化铝复合溶胶。

实施例7

在二氧化硅溶胶体系(二氧化硅占溶胶总量的25wt％，溶剂为水与乙醇的混合物，两者重量比为3∶1)中加入占溶胶产品总量0.5wt％的PEG(平均分子量为4000)和占溶胶产品总量0.1wt％的PEO(分子量为400)，在常压、60℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化硅溶胶。

实施例8

在二氧化硅、氧化铝和氧化钛复合溶胶体系(二氧化硅占溶胶总量的10wt％，氧化铝占溶胶总量的5wt％，氧化钛占溶胶总量的5wt％，溶剂为摩尔比1∶10的水和丙醇)中加入占溶胶产品总量0.5wt％的PEG(平均分子量为2000)、占溶胶产品总量为0.1wt％的PVA(平均聚合度为1000)和占溶胶产品总量0.05％的PS(分子量400)，在常压、90℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化硅、氧化铝和氧化钛复合溶胶。

实施例9

在二氧化硅和氧化钙复合溶胶体系(二氧化硅占溶胶总量的5wt％，氧化钙占溶胶总量的5wt％，溶剂为丙醇)中加入占溶胶产品总量0.1wt％的PVA(平均聚合度为2000)和占溶胶产品总量0.05％的PS(分子量800)，在常压、90℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化硅和氧化钙复合溶胶。

实施例10

在二氧化硅、氧化铝和氧化钛复合溶胶体系(二氧化硅占溶胶总量的10wt％，氧化铝占溶胶总量的5wt％，氧化钛占溶胶总量的5wt％，溶剂为摩尔比1∶10∶10的水、丙醇和丁醇)中加入占溶胶产品总量0.5wt％PEG(平均分子量为2000)、占溶胶产品总量为0.1wt％的PVA(平均聚合度为1000)和占溶胶产品总量0.05％的PS(分子量1000)，在常压、90℃下进行加热搅拌，回流，1～2小时后取出，得到稳定的二氧化硅、氧化铝和氧化钛复合溶胶。

Claims

1.一种采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶，其特征是：该溶胶是由高分子化合物和无机氧化物溶胶组成，其中高分子化合物占溶胶产品总量的0.01wt％～5wt％；无机氧化物溶胶由无机氧化物和溶剂组成，其中无机氧化物占无机氧化物溶胶总量的1wt％～40wt％；

2.根据权利要求1所述的溶胶，其特征是：所述的溶剂是水、醇或水与醇的混合溶剂。

3.根据权利要求2所述的溶胶，其特征是：所述的醇是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇中的一种或一种以上的混合物。

4.根据权利要求1所述的溶胶，其特征是：所述的高分子化合物选自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯中的一种或一种以上的混合物。

5.根据权利要求4所述的溶胶，其特征是：所述的聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯的分子量在200～50000之间；所述的聚乙烯醇的平均聚合度为100～2000。

6.根据权利要求5所述的溶胶，其特征是：所述的聚乙二醇的平均分子量为200～8000，占溶胶产品总量的0.01wt％～2wt％。

7.根据权利要求5所述的溶胶，其特征是：所述的聚氧乙烯的平均分子量为200～800，占溶胶产品总量的0.1wt％～1wt％。

8.根据权利要求5所述的溶胶，其特征是：所述的聚乙烯醇的平均聚合度为300～1000，占溶胶产品总量的0.1wt％～4wt％。

9.一种根据权利要求1～8任一项所述的采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶的制备方法，其特征是：在常压、室温～100℃的温度条件下，将占溶胶产品总量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到无机氧化物溶胶中，回流，搅拌，得到采用高分子化合物稳定剂改性的无机氧化物溶胶。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征是：所述的无机氧化物溶胶由无机氧化物和溶剂组成，其中无机氧化物占无机氧化物溶胶总量的1wt％～40wt％。