[发明专利]一种无机粉体的表面改性剂及其制备方法、应用

说明书

技术领域

本发明涉及有机材料领域，具体是一种无机粉体的表面改性剂及其制备方法、应用。

背景技术

硅烷偶联剂广泛应用于无机金属氧化物粉体的表面改性，对推动无机粉体增强高分子材料起到重要作用，但大部分惰性硅烷偶联剂由于惰性有机基团比较小，与高分子之间的分子间作用力比较弱，从而可能会导致粉体与高分子之间的作用里较弱，使得无机粉体增强高分子材料的效过提高有限，且无机粉体在高分子材料中的填充量也有待进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种无机粉体的表面改性剂及其制备方法、应用，可以用于各种无机粉体材料的表面改性，提高无机粉体在高聚物中的分散性。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种无机粉体的表面改性剂，为端羟基聚乙烯改性有机硅烷或者其混合物，化学结构如式I或式II所示：

式I和式II中，聚合度n为5-500；R¹选自甲基或者乙基等；R²选自甲基、甲氧基或乙氧基等；R³选自—CH₂CH₂CH₂NHCH₂CH₂NH₂、—CH₂CH₂CH₂NH₂、—CH₂CH₂NH₂或—CH₂NH₂等。

上述无机粉体的表面改性剂，其制备方法为：以100质量份有机硅烷为基准，在反应器中加入0-1000质量份溶剂、100质量份有机硅烷，搅拌均匀后，加入50-1000质量份端羟基聚乙烯，然后在室温至100℃的温度下反应0.5-48h后，除掉产生的醇类和未反应的有机硅烷，即得到端羟基聚乙烯改性有机硅烷，可以作为无机粉体的表面改性剂。

按上述方案，所述有机硅烷为氨甲基三甲氧基硅烷、氨乙基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、N-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷、氨甲基三乙氧基硅烷、氨乙基三乙氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-氨丙基三乙氧基硅烷、氨甲基甲基二甲氧基硅烷、氨乙基甲基二甲氧基硅烷、氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-氨乙基-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、氨甲基甲基二乙氧基硅烷、氨乙基甲基二乙氧基硅烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、N-氨乙基-氨丙基甲基二乙氧基硅烷等中的一种或一种以上混合物。

按上述方案，所述端羟基聚乙烯原料为单或双端羟基聚乙烯为线性聚乙烯，聚合物n为5-500。

按上述方案，所述溶剂为石油醚、环己烷、正己烷、正庚烷、甲苯、二甲苯、四氢呋喃等中的一种或一种以上的混合溶剂。

按上述方案，所述无机粉体主要为各种无机氧化物粉体，如二氧化硅、二氧化锆、碳酸钙、滑石粉、蒙脱土、累托石、钛白粉、氧化铁、氧化镁、氧化锌等。。

本发明所述改性剂用于无机粉体中进行改性时，改性方法可以分为两种，第一种为实验室方法：

以待处理的100质量份无机粉体为基准，取0.1-30质量份的改性剂，将其分散于5-1000质量份的溶剂中，得到改性剂溶液；然后将无机粉体加入到改性剂溶液中，在室温-100℃的温度下搅拌0.5-10h，过滤并干燥后得到改性后的无机粉体。

第二种方法为大规模使用的方法：

(1)以100质量份无机粉体为基准，称取0.1-30质量份改性剂，备用；必要时，可以将改性剂溶解于不超过50质量份的有机溶剂中的得到改性剂溶液进行使用；

(2)将100质量份的无机粉体升温到60-150℃，在搅拌条件下保温3-30分钟，然后雾化喷入改性剂或改性剂溶液，搅拌保温5-50分钟后，降温出料或待溶剂挥发后降温出料，即得到改性碳酸钙。

上述两种应用方案中，所用的有机溶剂为石油醚、环己烷、正己烷、正庚烷、甲苯、二甲苯、四氢呋喃等中的一种或一种以上的混合溶剂。

与现有常规硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、各类小分子表面活性剂相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明中改性剂的烷氧基在改性过程中水解产生的Si-OH和取代基上胺基可以和各类无机粉体表面通过氢键等发生牢固的作用，使改性剂紧紧包覆在粉体表面，改性剂上的聚乙烯基链段暴露在无机粉体的外面，使改性后的无机粉体具有非常好的亲油性；