[发明专利]一种纳米氧化铝的改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米氧化铝的改性方法。

背景介绍

近年来纳米技术迅猛发展，纳米材料以其特殊的物理和化学性能倍受青睐。现已在微电子、化工、国防、航天等领域得到广泛的应用。纳米是一种新型高功能精细无机材料，自制得纳米级氧化铝粉末以来，人们对这一高新材料的认识不断加深，并发现它的许多特性。

在导热填料中，纳米具有较高的导热系数、优异的热稳定性和抗化学腐蚀性、良好的电绝缘性，而且价格低廉和来源广泛而得到广泛应用。但是由于纳米粒度小、表面能高，处于热力学非稳定状态，极易聚集成团，从而影响了纳米颗粒的实际应用效果。所以必须对纳米颗粒进行表面改性，以降低表面能，减小纳米颗粒间的附聚力，改进它在基体中的分散性和分散稳定性，降低两相界面张力，提高纳米颗粒与基体树脂之间的润湿性、结合力和相容性，从而改善复合材料的综合性能。

纳米的表面改性方法主要有物理法和化学法。物理改性主要采用机械力分散和超声波分散，机械力分散主要借助高速搅拌和高速球磨达到粒子分散的目的。超声波分散是利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流等，弱化纳米粒子间的相互作用能，防止纳米团聚而使之分散。纳米吸水性强，因此纳米粒子与水分子形成氢键而交联在一起，单纯用物理方法对纳米表面进行改性，得产物分散性较差，效果不是很理想。

化学法主要是指进行机械力分散的同时在氧化铝表面接枝其它化学基团。加入一些极性较大的分散介质可以增加润湿力，降低液、固界面的自由能，提高纳米颗粒的分散度，另外一些高分子分散剂还可以通过增大高分子物质吸附层厚度来增加空间位阻作用，以达到抑制颗粒团聚的目的。氧化铝表面接枝其它化学基团的改性，可以提高与树脂基体的相容性增加氧化铝的应用范围。但是目前制备表面改性纳米氧化铝的化学方法工艺复杂，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米氧化铝的改性方法。该方法通过对纳米氧化铝的改性，使得到的纳米氧化铝与水性聚氨酯有良好的相容性同时在光固化时与聚氨酯树脂产生化学键，从而提高整个体系的综合性能。

本发明的技术方案是：

一种纳米氧化铝的改性方法，包括如下步骤：

(1)将纳米a-Al2O3、硅烷偶联剂和二甲苯加入到三口烧瓶中，在110～120℃温度范围内搅拌反应3～5h，将得到的溶液抽滤出纳米氧化铝，然后将其置于120～140℃的烘箱中干燥2～4h，得到改性纳米氧化铝A；

(2)将得到的A、二甲苯、催化剂和多元羧酸加入到三口烧瓶中在90～110℃温度范围内搅拌反应3～5h，将得到的溶液抽滤出纳米氧化铝，然后将其置于120～140℃的烘箱中干燥2～4h，得到改性纳米氧化铝B；

(3)在氮气氛围下将二异氰酸酯、阻聚剂、一端含羟基一端含紫外光敏基团化合物、丙酮和催化剂加入到三口烧瓶中，在30～50℃温度范围内搅拌反应2～4h，得到溶液C；

(4)将得到的C溶液温度升高至40～70℃，然后将A慢慢滴加到C内，反应2～3h，得到改性纳米氧化铝D。

步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)；纳米氧化铝与硅烷偶联剂的质量比为：(1～3):100二甲苯的体积分数为90～95％；二甲苯与硅烷偶联剂的质量比为(200～1000):1；搅拌速度为400～600r/min；

步骤(2)中的催化剂为十六烷基三甲基溴化铵、三苯基膦、三乙基苄基溴化铵、四丁基溴化铵、中的一种或几种的混合物；多元羧酸为乙二酸、丁二酸、己二酸、癸二酸中的一种或几种的混合物；

步骤(3)中的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛二酮二异氰酸酯(IPDI)、己二异氰酸酯(HDI)、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种的混合物；一端含羟基一端含紫外光敏基团化合物为季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)或甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)或丙烯酸羟乙酯(HEA)一种或几种的混合物，阻聚剂为对苯二酚和对甲氧基酚中的一种或几种的混合物，羟基丙烯酸酯与二异氰酸酯物质的量比为：n(羟基丙烯酸)：n(有二异氰酸酯)＝1:(1～3)；丙酮加入量的质量分数为5～20％；催化剂为二月桂酸二丁基锡；

本发明的有益效果是：通过以上反应，合成得到改性纳米氧化铝能够克服纳米粒子在水中的团聚现象和在聚氨酯树脂中的形容性差的情形，利用双键的紫外灯下的光固化，使得纳米氧化铝能够很好的分散在树脂中，增加聚氨酯的导热性能。