[发明专利]一种纳米氧化铝的亲油性改性方法

说明书

技术领域

本发明属于无机纳米粒子的表面改性领域，具体涉及一种纳米氧化铝的亲油性改性方法，通过亲油性改性以降低纳米氧化铝的团聚，提高纳米氧化铝在有机体系中的分散性和稳定性。

背景技术

无机纳米粉体应用广泛，但易发生团聚。常采用两种方法改性无机纳米粉体，以提高其分散性，减少团聚。一种是物理改性的方法，即加入有机分散剂，然后通过高速机械分散、球磨或者超声波分散，来促使纳米粉体均匀地分散在有机体系中。这种方法的原理是有机分散剂在无机纳米粉体表面的吸附。其缺点是有机分散剂在无机纳米粉体表面的可能脱附而导致稳定周期短。另外一种是化学改性的方式，即通过在纳米粉体表面接枝亲油基团，减少纳米粉体自身的团聚。化学改性法的优点是能够使改性后的纳米粉体长期稳定地分散在有机体系中，因而受到广泛关注。也可以将这两种改性方式结合起来对纳米氧化铝进行表面改性。

纳米氧化铝是最常见的无机纳米粉体之一。多采用偶联剂来对纳米氧化铝进行化学改性。常用的偶联剂包括硅烷偶联剂和钛酸酯偶联剂。它们都是双官能团的化合物，一端可以作用于纳米氧化铝的表面，一端作用于分散介质。王文进等(王文进，李鸿岩,刘换英。一种纳米氧化铝在有机溶剂中稳定分散的处理方法，CN200710303466.9.)发明了一种纳米氧化铝在有机溶剂中稳定分散的处理方法。他们首先借助高速球磨(30-120℃)的方式，使用适量的分散剂，使纳米氧化铝均匀分散在甲基吡咯烷酮有机溶剂中。之后，再向分散液中加入钛酸酯偶联剂对纳米氧化铝进行表面处理，最终得到分散稳定的纳米氧化铝分散液。李岩等(李岩,宋美慧。纳米氧化铝的表面改性方法:CN102513044A[P].2012.)先将纳米氧化铝超声分散到有机溶剂(如芳香烃、醇、醚、酯、酮、酰胺、脂肪烃或脂环烃等)中，然后直接加入偶联剂并调节体系pH值，并在20-60℃条件下进行反应，最终得到的改性纳米氧化铝的活化指数可以达到100％。姚伯龙等(姚伯龙,高旭瑞，姜俊。一种纳米氧化铝的改性方法:CN105348867A[P].2016.)发明了一种能够与水性聚氨酯具有良好相容性同时在光固化时能够参与反应的表面改性纳米氧化铝。他们先利用硅烷偶联剂在二甲苯溶剂中对纳米氧化铝进行改性(30-110℃)，然后通过硅烷偶联剂上的环氧基与羧基反应或氨基与半封端的异氰酸酯基反应来引入双键，制得满足上述要求的改性纳米氧化铝。该改性纳米氧化铝应用于聚氨酯体系后，增加了涂层的导热性能。

上述三种发明方式均使用偶联剂来对纳米氧化铝进行表面化学改性。虽然得到了改性效果良好的纳米氧化铝，但都需要大量使用有机溶剂作为分散介质，既不环保也不经济，还增加了工艺的难度。

油酸也被用来对纳米氧化铝进行化学改性。Tseng等(Tseng W J,Teng K H.The effect of surfactant adsorption on sedimentation behaviors of Al₂O₃–toluene suspensions[J].Materials Science&Engineering A,2001,318(1–2):102-110.)将纳米氧化铝、油酸和甲苯混合后，进行球磨改性，确定了改性后纳米氧化铝能够稳定分散在甲苯中时的油酸用量。Lashanizadega等(Li Z,Zhu Y.Surface-modification of SiO₂nanoparticles with oleic acid[J].Applied Surface Science,2003,211(1):315-320.)将纳米氧化铝、油酸和二甲苯机械搅拌混合后，在一定温度条件下进行改性，最终得到能够稳定分散在丙烯酸酯单体中的纳米氧化铝粒子。Adake等(Adake C V,Bhargava P,Gandhi P.Effect of surfactant on dispersion of alumina in photopolymerizable monomers and their UV curing behavior for microstereolithography[J].Ceramics International,2015,41(4):5301-5308.)借助球磨的方式，在有机溶剂丙酮中对纳米氧化铝和油酸混合物进行球磨改性，并研究了改性后的纳米氧化铝与光固化单体HDDA/PEGDA/HEA等混合后在UV光固化体系中的应用。这三种方式虽然都具备一定的改性效果，但是也都需要使用有机溶剂。