[发明专利]一种钛/稀土杂化纳米材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种钛/稀土杂化纳米材料的制备方法，这种纳米材料属于新型有机物及高分子钠米材料，属于稀有金属、稀土元素加工新材料技术领域。

背景技术：

稀有金属钛、钛合金和稀土材料在航天、能源、电子、化工等工业领域具有广泛的用途。稀土元素有高技术材料的魔术师之称，它广泛应用于工业各领域及国防军工行业，其在防腐蚀领域的功用已经得到确认(《上海有色金属》，2001年第22卷第1期14-18页)。钛及钛合金有广谱优异的耐腐蚀性、耐磨性、及综合性能，但是其价格昂贵，限制了其在重防腐领域的大规模应用。在专利CN1306047和CN1689731中分别提出一种钛纳米聚合物及钛合金纳米材料，作为纳米添加剂添加在重防腐涂料中，在金属及合金表面形成高抗腐蚀性涂层，体现出优于传统重防腐涂料的性能，而具有这种高抗腐蚀性涂层的普通金属基材的价格要远低于金属钛及钛合金基材的价格，但此种涂料在涂装及长期使用过程中会出现缺陷或腐蚀介质最终和基材发生接触，在此时此处的钛粒子会造成与之相接触的铁基金属基材的加速腐蚀，形成金属基材的局部腐蚀。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足而提供一种具有优异的耐腐蚀性、耐磨性及综合性能，成本低的钛/稀土杂化纳米材料的制备方法。

本发明的目的可以通过如下措施来达到：一种钛/稀土杂化纳米材料，其特征在于其为含有钛、稀土元素双元素及有机高分子聚合物或齐聚物的纳米杂化材料；其中钛重量份60～95，稀土氧化物重量份0.1～30；该纳米粉按X-射线衍射方法测定晶粒大小：钛10～30纳米，氧化稀土10～20纳米。

一种钛/稀土杂化纳米材料的制备方法，其特征在于它包括如下步骤：

第一步骤：制备稀土氧化物纳米粉：

(1)在室温下将稀土无机盐加入溶剂中充分搅拌至形成稀土离子在溶液中的浓度为0.3M～1.2M的透明溶液；

(2)在上述透明溶液中加入表面活性剂，表面活性剂的加入量按重量百分比为稀土氧化物的1～5％；

(3)加入有机胶凝剂，混合均匀后立即放入20～60℃的水浴中搅拌反应0.5～2小时，有机胶凝剂的加入量为稀土离子摩尔浓度的1～12倍；

(4)将反应后的溶胶在50～100℃下干燥得到干凝胶；

(5)将干凝胶400～700℃煅烧0.5～2小时后研磨即可得到稀土氧化物纳米粉；

第二步骤：制备钛/稀土杂化纳米材料：

将钛粉、稀土氧化物纳米粉放入杂化反应器中，先后加入分散剂、保护剂，排除反应器中的空气并通入保护性气体，高能球磨后，加入杂化反应剂，生产出反应产物黑色纳米浆，在惰性气氛中挥发纳米浆中有机物，在真空下干燥，得到黑色钛/稀土杂化纳米材料。

为了进一步实现本发明的目的，第一步骤中所述的稀土无机盐为稀土硝酸盐、稀土氯化物、稀土硫酸盐中的一种；溶剂为水、甲醇、乙醇中的一种；有机胶凝剂为二氯甲烷、三氯甲烷、甲基丙烯酸羟乙酯、六亚甲基四胺、三氯乙酰胺、甲酸甲酯、甲酸乙酯、环氧甲烷、环氧乙烷、环氧丙烷中的一种；表面活性剂为柠檬酸、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇1500中的一种。

为了进一步实现本发明的目的，所述的稀土为铈、镨、铽中的一种。

为了进一步实现本发明的目的，第二步骤中所述的各物料按重量份为：钛粉60～95、稀土氧化物纳米粉0.1～30、分散剂40～400、保护剂0.05～2、杂化反应剂0.5～30。

为了进一步实现本发明的目的，所述的分散剂为酮类、醇类、酯类、烃类中的一种或它们的混合物；保护性气体为氩气、二氧化碳、氮气中的一种或它们的混合物；保护剂为一端含有惰性基团、一端含有活性基团的有机物；杂化反应剂为含氧官能团、同时含有其他的有机官能团或双键的有机物；分散剂应与保护剂、杂化反应剂相容。

为了进一步实现本发明的目的，所述的保护剂为正丁基缩水甘油醚、对叔丁基苯基缩水甘油醚、斯潘80、斯潘85、吐温100、聚氧乙烯(40)、壬基苯基醚、苯基缩水甘油醚、烯丙基缩水甘油醚中的一种或它们的混合物。

为了进一步实现本发明的目的，所述的杂化反应剂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚A二缩水甘油醚、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯、2，4-甲苯二异氰酸酯、硅烷偶联剂RSiX₃中的一种，其中R代表与聚合物分子有亲和力或反应能力有机官能团，X代表可水解的烷氧基。