[发明专利]采用溶胶-凝胶法原位表面改性纳米氧化锌的制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及采用溶胶-凝胶法原位表面改性纳米氧化锌的制备方法和在天然橡胶中的应用。

背景技术

现代溶胶-凝胶技术的研究始于19世纪中叶，利用溶胶和凝胶制备单组分化合物。1846年，法国化学家J.J.Ebelmen发现SiCl₄与乙醇混合后在湿空气中水解并形成了凝胶，但未引起注意。20世纪30年代以后，科学家们系统地研究了此过程，W.Gefcken等证明用金属醇盐的水解和胶凝化，可以制得氧化物薄膜；直到六十年代末期和七十年代早期，由于电子学、通讯技术、能源技术及其他高科技技术领域对新材料的要求越来越高，溶胶-凝胶技术开始进入突飞猛进的发展阶段。

溶胶-凝胶法的过程是：用液体化学试剂(或粉状试剂溶于溶剂)或溶胶为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系。放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再在略低于传统的温度下烧结。溶胶-凝胶法具有反应易进行且温度低、可制备高纯或超纯氧化物、容易制备掺杂型氧化物、易制备各种膜、纤维或沉积材料等特点。

中国公开专利号：1587061A，专利名称：纳米氧化锌的溶胶-凝胶低温制备工艺，该专利公开了一种用溶胶-凝胶法低温制备纳米氧化锌的方法，首先制备前躯体，再进行干燥，高温热处理，从而得到纳米氧化锌粉体，但是该方法并没有解决如何从表面改性的角度来减轻或解决纳米氧化锌的团聚问题。因此，所获得的产物存在纳米效应不明显的缺陷。

发明内容

本发明的目的是公开一种采用溶胶-凝胶法原位表面改性的氧化锌及制法和应用，以克服现有技术存在的上述缺陷。

本发明的方法，包括如下步骤：

(1)先将分散剂加热熔融，然后加入锌盐和表面改性剂，混合1～3小时，获得到溶胶，冷却至10～30℃，获得凝胶；

所述分散剂为油酸、硬脂酸、草酸或柠檬酸中的一种以上；

所述锌盐为醋酸锌、硫酸锌、硝酸锌或草酸锌中的一种以上；

所述表面改性剂为辛烷基酚聚氧乙烯醚、山梨糖醇酐油酸酯、溴代十六烷基吡啶、聚乙二醇(PEG-2000)或十二烷基硫酸纳中的一种以上；

(2)将步骤(1)的凝胶在400℃～800℃的温度下煅烧3～9小时，即得原位表面改性的纳米氧化锌粉体；

本发明获得的原位表面改性的纳米氧化锌粉体，可作为橡胶的硫化活性剂，用于制备硫黄硫化的二烯烃类橡胶：轮胎、胶带、胶鞋或橡胶工业制品；

所述硫化橡胶的组份和质量份如下：

天然橡胶                     100份

原位表面改性的纳米氧化锌     2份

硬脂酸                       1.5份

促进剂M                      1.5份

促进剂D                      1份

防老剂H                      1份

碳酸钙                    3份

机油                      2份。

所述促进剂M的化学名称为2-硫醇基苯并噻唑，所述促进剂D的化学名称为二苯胍，防老剂H的化学名称为N，N′-二苯基对苯二胺，所述机油为4号橡胶油，如上海炼油厂的“海”牌机油。

将原位表面改性的纳米氧化锌加入到天然橡胶中，然后按GB/T16584-1996进行硫化，并制成哑铃状试样，按GB/T 528-1998、GB/T531-1999进行物理性能的测试，结果表明，硫化胶物理性能优异，可用于制备硫黄硫化的二烯烃类橡胶：轮胎、胶带、胶鞋或橡胶工业制品。

本发明使用表面改性剂在生成纳米氧化锌的过程中对其进行原位表面改性，即在纳米氧化锌团聚之前对其进行表面改性，这样在保证纳米颗粒高活性的同时消除了其由于高表面能而带来的团聚现象。

本发明的方法，工艺简单，制得的纳米氧化锌纯度高、无团聚现象。应用于天然橡胶中，纳米效应显著，硫化胶的物理性能优异，应用前景广阔。

具体实施方式

实施例中，所述硫化橡胶的组份和质量份如下：

天然橡胶100份，原位表面改性的纳米氧化锌2份，硬脂酸1.5份，促进剂M 1.5份，促进剂D 1份，防老剂H 1份，碳酸钙3份，机油2份。

对比例1

(1)称取120克硬酯酸加入三颈烧瓶内，然后将三颈烧瓶放入有加热装置的油浴锅中，油浴锅温度边升至80℃时，边搅拌熔融的硬酯酸；