CN1995157A - 用大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体及其用途 - Google Patents
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Abstract
一种用大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体，就是陶瓷纳米粉体与大分子表面改性剂按100∶5～20的质量比用液相法或热喷雾法进行包覆处理得到的陶瓷纳米粉体。该粉体的用途是与橡胶共混在制备橡胶陶瓷纳米复合材料中的应用。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种改性的纳米粉体及其用途，特别涉及改性的陶瓷纳米粉体及其用途，确切地说是一种用大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体及其用途。
二、背景技术
纳米粉体是指粉末颗粒经处于纳米尺寸水平(≤100nm)，是一类介于固体和分子之间的亚稳态中间物质。Si3N4、SiC、AlN、TiN、BN等陶瓷纳米粉体，除了具备纳米级材料所特有的的小尺寸效应、表面和界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、特殊的光吸收和电化学性质外，还具有一些特别的功能，例如高硬度、耐高温、高耐磨等。此外，AlN、TiN还具有高绝缘、高导热性，BN还具有极低的摩擦系数。
橡胶(包括天然胶和合成胶)是在国民经济建设中必不可少的一种工程材料。橡胶包括与各种材料的复合制品及其配件广泛用于航天、航空、航海、国防军工、石油、化工、采矿、机械、火车、汽车等等。例如在汽车上除了轮胎外，不同部位的橡胶配件有不同的特殊要求，例如橡胶减震配件要求内耗低、耐动态疲劳老化；橡胶止动配件要求抗撕裂、抗磨损、耐疲劳老化；往复式和旋转式油封需耐油、耐热老化、抗磨损等。
用于橡胶改性的纳米粉体主要有纳米CaCO3、纳米SiO2、ZnO等。据文献报导，在轮胎中添加纳米SiO2、纳米ZnO可使其耐磨性得到显著提高，但迄今为止其应用技术仍存在着一些技术瓶颈，主要是纳米粉体在橡胶中分散较在热塑性塑料中分散更为困难。
目前，将陶瓷纳米粉体添加入橡胶中的改性研究国内外鲜为报道。因为陶瓷纳米粉体具有很大的比表面积和高的表面自由能，所以非常容易团聚形成聚集体颗粒，如将其添加到聚合物基体中，由于无机刚性陶瓷纳米粉体的粒子与有机高分子相的结构差别大，相容性很差，在加工过程中仅仅依靠剪切力的作用，尤其是在高粘度的塑炼胶中混合分散，较在热塑性塑料熔体中分散更为困难，导致陶瓷纳米粉体难于以纳米尺寸均匀分散在橡胶基体当中，而是形成尺寸较大、团聚结构的分散相。这样，不仅不能发挥其纳米效应而在宏观上表现出橡胶制品性能的提高，反而成为了橡胶基体中的缺陷，损害和降低橡胶基体本身原有的性能。为了使陶瓷纳米粉体能够均匀地分散在橡胶基体中并达到良好的相容性，就必须要对陶瓷纳米粉体的粒子表面进行包覆、修饰改性处理，以提高陶瓷纳米粉体的亲油性，具备了能与橡胶基体亲合相容的能力，同时再配合相应的优化混炼工艺技术，从而有效地阻止陶瓷纳米粉体在橡胶基体中团聚，使其真正地实现纳米尺度的分散。
目前市场上仅有传统的小分子型表面改性剂(即硅烷、钛酸酯、铝酸酯等偶联剂)销售，并且是专为微米尺寸以上的粉体所设计的。据文献报道，大分子型(聚合物)的、适合纳米粉体应用的表面改性剂，主要有聚丙烯酸衍生物的共聚物、聚乙烯接枝马来酸酐、聚丁二烯接枝马来酸酐等。这些聚合物配合合适的表面处理工艺技术，用于制备高分子基填充复合材料的粉体表面改性处理。而针对陶瓷纳米粉体表面包覆改性、并专用于各种橡胶复合材料制备的大分子表面改性剂尚未见有文献报道。
申请人兼顾陶瓷纳米粉体的表面结构特征和各种橡胶基中的活性基团，设计合成了专用系列大分子表面改性剂，并另案申请了中国发明专利。
目前，随着纳米材料应用的推广，纳米粉体表面包覆处理的工艺技术及设备也相应取得了一系列的进展并日趋成熟。粉体表面处理的方法主要分为化学法和物理法。物理法一般是指不用表面改性剂对粉体实施表面包覆修饰的处理方法，其中包括：超声处理、辐照处理、等离子处理、微波处理等方法；化学法是指利用各种表面改性剂对粉体进行表面包覆、修饰改性的处理方法，其中包括：固相法包覆、液相法包覆、气相法包覆、喷雾法包覆、微胶囊法包覆、机械力化学处理等方法。
三、发明内容
本发明旨在提供一种用于各种橡胶的补强、改性用的陶瓷纳米粉体，所要解决的技术问题是首先对陶瓷纳米粉体进行改性，即用大分子表面改性剂对陶瓷纳米粉体进行包覆处理。
本发明所称的用大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体，就是陶瓷纳米粉体与大分子表面改性剂按100∶5～20的质量比用液相法或热喷雾法进行包覆处理得到的陶瓷纳米粉体。
优选陶瓷纳米粉体与大分子表面改性剂按100∶7.5～15的质量比进行包覆处理。
液相法就是将大分子表面改性剂配制成一定浓度的溶液，然后按质量比加入陶瓷纳米粉体，充分搅拌使之分散均匀，最后脱去溶剂并干燥便得到包覆改性的陶瓷纳米粉体。
热喷雾法是在温度可调控的喷雾混合室(塔)中完成。在混合室(塔)内有两个喷嘴，一只用于喷一定温度和浓度的大分子表面改性剂溶液并使之雾化，另一只用于喷预热的纳米粉体，高速喷出的粉体与雾化的改性剂溶液碰撞、混合，在沉降过程中溶剂快速挥发，在粉体表面形成表面包覆层。所述的一定温度与预热温度，根据所使用的大分子表面改性剂与纳米粉体表面活性基团发生化学键合所需的温度及溶剂确定。
陶瓷纳米粉体经大分子表面改性剂包覆，表面修饰改性不仅仅是简单的物理包覆，而是在其表面产生了一定的化学键合，同时有效地防止纳米粉体的团聚。
现以带有羧基、腈基等活性基团的大分子表面改性剂处理Si3N4陶瓷纳米粉体为例，对其包覆、表面修饰改性的有关技术表征如下：
1.包覆、表面修饰改性前后的纳米Si3N4的红外表征
图1中a.是未处理纳米Si3N4的红外谱图，从谱图中可看出，3422cm-1是Si3N4表面羟基、胺类基团的伸缩振动，1630cm-1是N-H的剪切振动，1385cm-1是羟基的弯曲振动，1064cm-1是Si-O-Si振动吸收峰，974cm-1、475cm-1是Si-N振动吸收峰。b.是用大分子表面改性剂包覆处理后的纳米Si3N4的红外谱图，比较发现，在处理后的纳米氮化硅的谱图中，在1741cm-1处出现C＝O伸缩振动吸收峰，2968cm-1是-CH2-、-CH3的反对称伸展振动吸收峰，2240cm-1是-CN的特征峰，这些都是大分子表面改性剂的特征吸收峰。处理后的纳米氮化硅在3400cm-1～3100cm-1左右出现强度大至相等的双峰，此峰是由于氮化硅表面胺基与大分子表面改性剂中的羧基发生缩合反应而生成的酰胺键的伸缩振动；1633cm-1、1400cm-1左右是氮化硅表面-N-H、-NH2、-C＝O剪切振动，1100cm-1～1000cm-1处对应是-Si-O-不对称伸缩振动峰，1000～900cm-1是-Si-N＝不对称伸缩振动峰，此处处理前后峰型明显不同，说明大分子改性剂与纳米氮化硅表面发生了化学反应，形成了新的化学键。
2.包覆、表面修饰改性前后的纳米Si3N4粒度分析
应用3000HSA型激光粒度分析仪(英国Malvern Instruments公司制造)对在悬浮液中包覆改性前后的纳米Si3N4的粒度进行了分析表征。
图2是不同含量大分子表面改性剂包覆处理纳米Si3N4粒径分布图；
表1给出了纳米粒子的数量平均粒径和粒径范围。
表1纳米Si3N4平均粒径和粒度分布(数量)
| 大分子改性剂(％) | 0％ | 5％ | 7.5％ | 10％ | 15％ | 20％ |
| 平均粒徑(nm)粒度分布(nm) | 55.050-60 | 38.235-42 | 12.57.5-22.5 | 14.313.4-15.1 | 19.017.5-21 | 26.823-30 |
结果表明悬浮液中的未处理Si3N4(0％的)粒径分布大小与处理后的粒径大小是有区别的，改性后的Si3N4平均粒径明显小于其未处理粒径，其中大分子表面改性剂用量为7.5％的溶液中，分散粒径最小。这说明改性后的纳米Si3N4分散性能较好，团聚少而稳定，未处理的团聚较严重，且不稳定分散性能较差。用大分子表面改性剂处理后纳米Si3N4的团聚减少，说明了大分子中的羧基、环氧基等活性基团与粉末表面的胺基、羟基等发生了缩合反应而键合，形成了大分子表面包覆层，削弱了原来纳米粉体之间的表面吸引力，有效阻止了它们的团聚。表1显示，当大分子表面改性剂的用量在7.5％～15％时表面改性的效果均较好，其中，7.5％时最好。
3.XPS(X射线光电子能谱仪)分析
应用XPS(ESCALAB-MK-II型，英国VG科学仪器制造)对在120℃、0.08MPa真空度下干燥2h后的未经处理纳米氮化硅和用大分子表面改性剂处理后的纳米氮化硅粉体进行分析，测定其表面元素种类、元素存在状态和元素相对含量。
图3是处理后的纳米Si3N4的XPS图谱，图中标出了纳米Si3N4的各元素的价态状况。表2给出了未处理纳米Si3N4和表面改性纳米Si3N4的电子结合能和表面元素含量。从表中数据可以看出，处理前后的纳米氮化硅表面均含有碳氢类化合物，这说明纳米Si3N4的表面由于存在着大量的不饱和悬键和较高的表面能，在空气中，表面已吸附的二氧化碳和空气中的一些有机物质，即使在高真空和液氮处理下也未能除去。纳米Si3N4处理后在288.0eV附近的拟合峰代表的是以COO-、CO-NH形式存在的碳元素，说明处理后的纳米氮化硅表面形成了CO-NH或Si-O-C键，这在红外图中已得到证实。在结合能为284.6eV处的拟合峰代表的碳是与碳或氢相连的碳，(C-C或C-H)，处理后所占组成增加一倍多，由24.05％增加到达50.92％。说明纳米Si3N4的表面已经覆盖了一定厚度的大分子改性剂，从而使表面碳元素含量增加。此外，在处理后的纳米氮化硅C1s的结合能在282.27eV处出现一个拟合峰，可能是在处理后的纳米氮化硅表面形成了少量的C-Si键。从O1s的结合能数据上来看，533.9eV为Si-O键，处理前组成为40.71％，而处理后组成减少到29.42％，这也证明了大分子改性剂中的羧基与氮化硅表面硅羟基发生脱水缩合反应，使得Si-O键数量减少。Si3N4中N1s的结合能由398.68eV降到397.4eV，这是由于处理前纳米氮化硅表面的Si-NH转化为Si-NH-CO-；Si2p的结合能由处理前的103.04eV降到101.35eV，这是因为处理前纳米氮化硅表面的部分Si原子在空气中形成Si-OH，氧的电负性较大，使得Si2p电子的结合能增加。而处理后Si-OH参与了化学反应，形成Si-O-C键，削弱了氧元素的电负性。以上分析表明，大分子表面改性剂已经与纳米氮化硅表面发生化学反应而键合。
表2纳米Si3N4表面原子结合能和元素含量(％)
| 元素 | 未改性纳米Si3N4 | 改性纳米Si3N4 | ||
| 结合能EB/eV | 元素含量/(％) | 结合能EB/eV | 元素含量/(％) | |
| C1s | 284.53285.89288.31 | 24.0512.016 | 284.68288.44282.27 | 50.926.822.26 |
| O1s | 533.95 | 40.71 | 532.9 | 29.42 |
| N1s | 398.68 | 4.51 | 397.82 | 4.09 |
| Si2p | 103.04 | 12.72 | 101.35 | 6.49 |
4.接触角与表面自由能的测定
表3在20℃时纳米Si3N4的接触角与表面自由能
| 样品 | 接触角(°) | 表面自由能γ(J/M2) | 色散力贡献γD(J/M2) | 极性力贡献γP(J/M2) | |
| 水 | 乙二醇 | ||||
| 纳米Si3N4改性纳米Si3N4 | 23.656.1 | 34.440.1 | 131.7955.18 | 2.781.73 | 129.0153.45 |
从表3中可以看出，处理前后纳米Si3N4粉末的接触角发生明显变化，用水作溶剂，接触角由处理前的23.6°增加到56.1°，表明处理后纳米Si3N4粉末表面憎水性增加，这种变化是由于大分子表面改性剂的有机长链而引起的。纳米Si3N4粉末的表面自由能由处理前的131.79J/m2降到55.18J/m2，更接近于丁腈橡胶的表面自由能，因此，处理后纳米Si3N4粉末较容易分散在丁腈橡胶中。
5.透射电镜TEM的观察
大分子表面改性剂处理前、后的纳米粉体TEM照片
取未处理的纳米粉体和用大分子表面改性剂处理后的纳米粉体，分散在丙酮溶剂中，用透射电子显微镜对其进行观察。图4是未处理的粉体和用大分子表面改性剂处理后的纳米粉体体TEM照片(放大2万倍)，处理前纳米粉体有明显的团聚现象，而处理后的纳米粉体在丙酮中分散均匀，团聚现象明显降低。说明用大分子处理剂处理后，阻隔了纳米粉体颗粒之间的团聚。
本大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体的用途是该粉体与橡胶在制备橡胶陶瓷纳米复合材料中的应用，以满足不同橡胶配件各自特定要求的需要，如减震橡胶配体要求内耗低、而耐动态疲劳老化；止动橡胶配件要求抗撕裂、抗磨损、耐疲劳老化；油封橡胶配件要求耐油、耐热老化、抗磨损等。
本大分子表面改性剂引入了多种活性基团，一方面与粉体表面产生化学键合，另一方面由于大分子链的柔性和极性使其与天然胶、丁苯胶、顺丁胶、乙丙胶等弱极性橡胶或丁腈、氢化丁腈、聚丙烯酸酯、聚氨酯、氯丁、氟橡胶等极性橡胶的大分子链之间，发生相互缠结或形成强相互作用，从而在陶瓷纳米粉体和橡胶基体之间架桥而达到良好相容的目的。为图5所示。
采用表面包覆、修饰改性的Si3N4、SiC、AlN、TiN、BN等陶瓷纳米粉体(或者纳米级与微米级粉体按一定比例复配)制备与各种橡胶的复合材料，除了对橡胶配件制品补强、提高机械强度外，还能显著地提高相关制品的耐热、耐磨损、耐油、降低内耗生热、提高耐动态老化等性能。例如有关纳米复合材料的摩擦机理研究表明，含Si的陶瓷纳米粒子如SiC、Si3N4与高聚物的复合材料，在正常摩擦条件下均能发生摩擦化学反应而生成SiO2，改善了复合材料摩擦转移膜的结构和组成，形成了连续致密的转移膜。并且还有一部分陶瓷纳米粒子则在各种力的综合作用下嵌入橡胶表面，使表面变成陶瓷粒子增强型材料。由于上述原因，而降低了橡胶纳米复合材料的摩损率。此外，由于AlN、TiN陶瓷纳米粉体本身的优粉体良导热性、BN陶瓷米粉体极低的摩擦系数和优良的自润滑性，当对它们包覆修饰表面改性处理后，使它们在橡胶基体中均匀地达到纳米级分散、并与橡胶基体良好地相容时，不仅能发挥纳米级材料所特有的纳米效应，对橡胶具有良好的补强效果，而且有利于橡胶制品动态内耗生热导出、降低橡胶制品表面摩擦系数，从而提高橡胶配件的耐动态老化性能和耐磨性，使橡胶配件的寿命延长。因此，可根据用于不同工况的橡胶制品的性能与技术要求，优选各种陶瓷纳米粉体和相应的橡胶胶种及助剂进行复合，充分发挥它们之间的协同效应，使橡胶陶瓷纳米复合材料制备的硫化制品达到最佳的性能。
现以包覆改性的Si3N4和丁腈橡胶(NBR)制备的Si3N4/NBR复合材料为例，其各项性能如下：
1、大分子表面改性剂处理前、后的纳米粉体在丁腈胶中分散的TEM照片
分别将大分子表面改性剂处理前、后的纳米粉体与丁腈胶混炼，硫化后样品经液氮冷冻超薄切片，用TEM观察照相，如图6所示：
从图6可以看出，经大分子表面改性剂包覆处理的Si3N4陶瓷纳米粉体，增强了与橡胶基体的界面作用，改善它们之间的相容性，使其在NBR中的分散状态明显提高，达到了纳米级分散。
2、大分子表面改性纳米Si3N4/丁腈胶NBR复合材料的性能检测
(1)力学性能
表4是纳米Si3N4/NBR复合材料力学性能测试结果。从表中可以看出，在研究的纳米Si3N4的质量分数范围内，随着纳米Si3N4用量的增加，橡胶的邵A硬度有小幅上升；撕裂强度随之增大；断裂伸长率，扯断强度在纳米Si3N4用量为1.0份达到最大值，随后又呈下降趋势；但是当纳米Si3N4填充质量分数过大，不利于纳米Si3N4粉末在NBR橡胶基体中均匀分散，粒子发生扩散相变，微畴向宏畴转变，导致颗粒直径增大，团聚现象较严重，在拉伸应力的作用下，易发生位错的滑移和增殖，使橡胶断裂拉伸强度和扯断伸长率降低。
表4纳米Si3N4对NBR物理性能的影响
Table 4.Effect of adding means of nano-Si3N4 on properties of NBR
| 性能 | 纳米Si3N4填充质量分数/％ | |||||||
| 0 | 1.0 | 0.3 | 0.6 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | |
| 邵氏硬度A撕裂强度/(KN.m-1)断裂伸长/％拉伸强度/Mpa | 7731.89267.9011.31 | 8031.52278.1310.67 | 7833.75320.7314.42 | 7934.02333.2616.13 | 8036.17348.6617.88 | 8035.68321.3015.80 | 8136.22306.7712.18 | 8136.64279.5611.44 |
(2)动态力学性能
图7为不同纳米Si3N4添加分量的试样动态力学热分析DMTA谱图。纳米Si3N4/NBR复合材料的储能模量E′比纯NBR的大，经大分子改性剂处理的纳米Si3N4粉体与NBR复合材料的E′比未经处理的纳米Si3N4粉体与NBR复合材料的更大，这表明纳米Si3N4粉体对NBR基体有明显的增强作用。这是因为纳米Si3N4粉体表面经大分子改性剂处理，提高了纳米Si3N4粉体与NBR基体间的界面结合力，增加了与橡胶基体的相容性，使其达到纳米级的均匀分散，从而弥补了橡胶交联网络的缺陷，使交联网受力更加均匀，因此复合材料抵抗外力发生形变的能力增强，E′明显增大。从图7中还可看出，复合材料的损耗模量E″、tgδ比纯NBR的小，这是因为纳米Si3N4粉体的加入使得NBR的有效体积减小，即所谓“体积效应”，且这种“体积效应”随着纳米Si3N4粉体质量分数增加而增强；同时刚性Si3N4粉体的力学损耗远比NBR的小，因而有利于复合材料的损耗模量E″、tgδ减小。由于纳米Si3N4粉体与NBR复合材料的损耗模量E″、tgδ变小，橡胶的动态内耗生热就会降低，而使动态力学性能和耐动态热老化性能够改善，制品的寿命得到延长。
(3)耐热老化性能
在125℃下老化70h后，测试试样的拉伸强度和断裂伸长率，结果如表5所示。由表5可以看出，未加或加了未经表面改性氮化硅的NBR拉伸强度和断裂伸长变化率都比较大。而在NBR基体中填充改性的纳米氮化硅经热老化处理后，NBR的拉伸强度变化率随着纳米氮化硅的质量填充分数0.3～0.6％时出现最小值，断裂伸长的变化率在1.0％时出现最小值。可见，纳米氮化硅的加入，能够明显地提高NBR耐热老化性能。
表5纳米Si3N4对NBR耐热氧老化性能的影响
| 性能 | 纳米Si3N4填充质量分数/％ | |||||||
| 0 | 1.0* | 0.3 | 0.6 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | |
| 断裂伸长变化率/％拉伸强度变化/MPa | -26-5 | -20+4 | -18+1 | -15+1 | -13+2 | -14+3 | -12+3 | -11+5 |
*未经表面改性的纳米Si3N4
(4)耐油性能
试样在125℃的3#标准油中浸泡70h，比较浸泡前后的拉伸强度、断裂伸长、质量和体积变化率的结果如表6所示。由表6可以看出，未加或加了未经表面改性的纳米氮化硅的NBR拉伸强度、断裂伸长、质量和体积的变化率都比较大；而在NBR基体中填充经表面改性的纳米氮化硅，NBR的拉伸强度、断裂伸长、质量和体积变化率明显减小，且随着纳米氮化硅质量分数的增加，NBR的拉伸强度、断裂伸长、质量和体积变化率都逐渐减小。但从纳米氮化硅填充的质量分数为1.0％以后，变化趋势逐渐减缓。
表6纳米氮化硅对NBR耐油性能的影响
| 性能 | 纳米Si3N4填充质量分数/％ | |||||||
| 0 | 1.0* | 0.3 | 0.6 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | |
| 拉伸强度变化率/％断裂伸长变化率/％质量变化率ΔW/％体积变化率ΔV/％ | -19.33-28.63+18.39+15.71 | -15.70-25.98+17.04+12.58 | -13.86-21.10+14.30+10.66 | -12.38-18.61+13.84+8.64 | -7.42-15.80+13.03+7.51 | -6.95-14.22+12.44+6.90 | -6.49-13.64+11.75+6.79 | -6.08-13.02+10.94+5.51 |
*未经表面改性的纳米Si3N4
(5)油封制品台架试验
我们应用分别添加了0.5份、2.5份经大分子表面改性剂包覆处理的纳米Si3N4与NBR复合的混炼胶及空白样，硫化制备了汽车减震器往复式油封，耐久性能台架试验的结果见表7。表中显示在NBR中添加0.5份纳米Si3N4后，油封往复次数达1659万次仍没有漏油，比空白样的往复次数大大提高。但当纳米氮化硅的添加分量增至2.5份时，使用寿命又有所降低，这与前面胶料的力学性能测试结果的变化趋势是一致的。综合台架试验和胶料性能测试结果可以发现，纳米Si3N4的加入能有效地减小油封唇口和金属之间的摩擦系数，降低磨耗，并且由于Si3N4本身优异的耐高温性能使得制品的耐热老化性能也得到改善，因此产品的寿命大大延长。
表7油封台架实验
Table 7 The set experiment of oil sealing
| Si3N4用量 | 往复次数 | ||
| 1 | 2 | 3 | |
| 00.52.5 | 937万次漏油1659万次正常937万次漏油 | 965万次漏油1659万次正常1659万次漏油 | 816万次漏油1659万次正常1659万次漏油 |
四、附图说明
图1纳米Si3N4包覆处理前后的红外谱图
a纳米Si3N4 b包覆处理后的Si3N4
图2不同份数改性剂包覆处理后的粒度分布图
图3包覆处理后的Si3N4XPS谱图
图4包覆处理前后的Si3N4的TEM图
a未处理 b处理后的
图5纳米粉体表面包覆的大分子表面改性剂与橡胶分子链之间相互作用示意图
图6包覆处理前后Si3N4/NBR复合材料的TEM图
a未处理的 b处理的
图7 Si3N4/NBR复合材料的DMTA图
五、具体实施方式
(一)陶瓷纳米粉体的包覆处理
现以液相法(湿法)和热喷雾法进行包覆处理为例，非限定实施例叙述如下：
以甲苯或乙酸乙酯或DMF或丙酮或乙醇等为溶剂，将大分子表面改性剂配制成5～9％(重量百分比)的溶液。
取Si3N4、AlN、SiC、TiN、BN等陶瓷纳米粉体，按陶瓷纳米粉体与溶液中所含改性剂的质量比为100∶7.5～15比例混合搅拌半小时，然后脱溶、干燥便得到包覆处理的陶瓷纳米粉体。
或取Si3N4、AlN、SiC、TiN、BN等陶瓷纳米粉体，按陶瓷纳米粉体与改性剂的质量比为100∶7.5～15比例，应用热喷雾表面处理装置对其进行改性处理，直接由装置收集包覆处理的陶瓷纳米粉体。
(二)橡胶/陶瓷纳米复合材料的制备
采用两段混炼工艺，将包覆改性处理后的陶瓷纳米粉体按生胶的0.3％～2.5％重量百分比及其它助剂共同与生胶进行混炼，得到相应的混炼胶，然后硫化。
1.含腈基的大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体与丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶混炼。
2.含丙烯酸酯基的大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体与丙烯酸酯橡胶混炼。
3.含异氰酸酯基的大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体与聚氨酯橡胶混炼。
4.含硅氧烷基的大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体与天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、乙丙橡胶进行混炼。
Claims (3)
1、一种用大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体，其特征在于：陶瓷纳米粉体与大分子表面改性剂按100∶5～20的质量比用液相法或热喷雾法进行包覆处理得到的陶瓷纳米粉体。
2、根据权利要求1所述的陶瓷纳米粉体，其特征在于：陶瓷纳米粉体与大分子表面改性剂按100∶7.5～15的质量比用液相法或热喷雾法进行包覆处理得到的陶瓷纳米粉体。
3、一种用大分子表面改性剂包覆改性的陶瓷纳米粉体的用途，其特征在于：该粉体与橡胶在制备橡胶陶瓷纳米复合材料中的应用。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101830705A (zh) * | 2010-05-21 | 2010-09-15 | 安徽大学 | 一种表面改性纳米Si3N4粉体及其用途 |
| CN106083070A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-11-09 | 佛山市东鹏陶瓷有限公司 | 一种具有包覆层的陶瓷粉料颗粒的制造方法及其颗粒结构 |
| CN106674638A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-05-17 | 胡连刚 | 一种橡胶陶瓷化复合材料及其制备方法 |
| CN112175521A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-05 | 沪宝新材料科技（上海）股份有限公司 | 一种弹性外墙防水涂料及其制备方法 |
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2006
- 2006-12-08 CN CNA2006101614114A patent/CN1995157A/zh active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101830705A (zh) * | 2010-05-21 | 2010-09-15 | 安徽大学 | 一种表面改性纳米Si3N4粉体及其用途 |
| CN106083070A (zh) * | 2016-05-31 | 2016-11-09 | 佛山市东鹏陶瓷有限公司 | 一种具有包覆层的陶瓷粉料颗粒的制造方法及其颗粒结构 |
| CN106083070B (zh) * | 2016-05-31 | 2019-08-06 | 佛山市东鹏陶瓷有限公司 | 一种具有包覆层的陶瓷粉料颗粒的制造方法 |
| CN106674638A (zh) * | 2017-01-12 | 2017-05-17 | 胡连刚 | 一种橡胶陶瓷化复合材料及其制备方法 |
| CN106674638B (zh) * | 2017-01-12 | 2018-11-09 | 胡连刚 | 一种橡胶陶瓷化复合材料及其制备方法 |
| CN112175521A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-05 | 沪宝新材料科技（上海）股份有限公司 | 一种弹性外墙防水涂料及其制备方法 |
| CN116178990A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-05-30 | 成都先进金属材料产业技术研究院股份有限公司 | 一种包裹型钒酸铋粉体的制备方法 |
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