[发明专利]纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性的方法

说明书

技术领域

纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性的方法属于陶瓷粉体制备及成型技术领域。

背景技术

在应用陶瓷粉体离心成型或注射成型时，纳米陶瓷粉体由于具有极大的比表面能而极易形成团聚。形成的软团聚在一定的压力下会被打开，而硬团聚则一直会被保留，直接影响到素坯的成型、材料的烧结行为以及显微结构，从而不利于实现陶瓷的低温烧结和晶粒细化。避免硬团聚的形成一是改进粉体的制备方法，二是把粉体制备和成型直接结合起来，省略掉湿法制粉的干燥工序(高濂等，纳米陶瓷，化学工业出版社，2002)。但是，这些粉体制备方法的改进不能完全消除团聚。超声波不但有分散作用而且能促进自由基的形成，起到加速聚合的作用。在乳液聚合反应中引入无机粉体，制备稳定的乳液体系应用于涂料、粘接剂、化妆品等方面已经有报导。在聚合过程中超声分散也被应用。但在这些乳液聚合体系中无机粉体只占有机单体的一小部分，无机粉体一般为0.1-5份，有机单体一般为5-20份，无机粉体起到增强聚合物的作用。在制备具有良好分散性的、经过表面聚合改性的、稳定的陶瓷粉体乳液体系直接进行离心成型，得到颗粒分散均匀的陶瓷素坯这一方面还未见报道。纳米陶瓷粉体表面乳液聚合改性时粉体的体积大大超过有机单体，这时有机单体的作用是在粉体表面聚合改性，而不仅仅是为了在水中形成稳定的聚合物乳液而进行的聚合。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米陶瓷粉体表面聚合改性的方法以便在消除硬团聚的同时，能达到加强分散，阻碍重新团聚的作用。它是利用超声分散把纳米陶瓷粉体中的硬团聚打开，再用乳液聚合的方法在陶瓷粉体表面生成一层可以阻碍团聚的聚合物来实现的。

本发明的特征在于，它依次含有以下步骤：

(1)陶瓷粉体进行偶联剂预处理：用高速混合搅拌法在陶瓷粉体表面预先涂覆用以使陶瓷粉体表面呈疏水性的偶联剂，偶联剂的用量以形成单分子层饱和吸附为准；

(2)使经过偶联剂预处理的纳米陶瓷粉体、乳化剂和作为分散剂用的水在超声波的作用下形成稳定的乳液体系；

(3)以5-30份纳米陶瓷粉体，0.5-5份有机单体的质量比来加入有机单体，再继续超声分散步骤；

(4)在超声分散时，缓慢滴加入引发剂的水溶液，升温到引发剂形成自由基的温度(70-80℃)，直至反应结束。

所述的有机单体为甲基丙烯酸甲酯MMA和苯乙烯ST中的任何一种；所述的超声波功率为150-300W，超声时间为60-80min；所述的偶联剂为硅烷KH570；所述的偶联剂与纳米陶瓷粉体的质量比为1％-3％；所述的引发剂为(NH₄)₂S₂O₈；所述的乳化剂为十二烷基硫酸钠SDS。

使用证明：它达到了预期目的。

附图说明

图1：超声波分散陶瓷粉体表面乳液聚合改性的透射电子显微镜图。

图2：离心成型坯体表面形貌图。

图3：离心成型陶瓷素坯孔隙尺寸分布图，横坐标表示孔隙直径的对数，纵坐标表示直径的微分分布。

图4：经表面聚合改性处理的陶瓷注射成型用浆料与未经处理的陶瓷浆料粘度比较图，横坐标表示剪切速率，纵坐标表示粘度。

具体实施方式

在高速(2600转/min)搅拌机中，在纳米陶瓷粉体ZrO₂(d₅₀为110nm)及Al₂O₃(d₅₀为120nm)粉体表面预先涂覆偶联剂硅烷KH570。再把经过偶联剂预处理的纳米陶瓷粉体、乳化剂十二烷基硫酸钠SDS和分散剂水体系在超声波的作用下形成稳定的乳液体系，使疏水性的陶瓷粉体吸附乳化剂，形成乳胶粒。具有种子乳液聚合反应中种子乳胶粒相似的性质，能够引发聚合在陶瓷粉体表面发生，减少单独的聚合物颗粒的形成。再加入有机单体甲基丙烯酸甲酯MMA或苯乙烯ST，继续超声分散，然后再缓慢加入引发剂(NH₄)₂S₂O₈。升温到引发剂能够形成自由基的温度，直至反应完成。

在下面表1中举出5个实施例以说明其纳米陶瓷粉体表面聚合改性的方法：

                      表1乳液聚合反应体系组成

                1#          2#        3#        4#         5#