一種無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料的製作方法
2023-05-23 20:37:16
一種無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料，首先在去離子水中加入無機納米粒子和聚乙二醇400，超聲分散形成懸浮液，然後向懸浮液中加入稀土硝酸鹽和乙二胺四乙酸二鈉，室溫下超聲後靜置，再加入巰丙基三甲氧基矽烷，攪拌後靜置，離心分離，烘乾，研磨，得到改性無機納米粒子，最後將改性無機納米粒子與聚四氟乙烯粉料共混，採用模壓成型製得坯體，經燒結後製得聚四氟乙烯/無機納米粒子複合材料。該表面改性方法工藝簡單，適應面廣，改性效果好。改性後的無機納米粒子與聚四氟乙烯的界面結合力增強，複合材料的綜合力學性能優良。
【專利說明】一種無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合 材料
【技術領域】
[0001] 本發明屬於複合材料領域，涉及一種無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙 稀基複合材料。
【背景技術】
[0002] 聚四氟乙烯耐腐蝕性能好，廣泛應用於各種需要抗酸鹼和有機溶劑的場合，但聚 四氟乙烯也存在諸多性能缺點，比如剛性差、彈性小，為了改善這些缺點，提高聚四氟乙烯 的綜合力學性能，需要在聚四氟乙烯基體中添加無機填料，製備聚四氟乙烯基複合材料，無 機納米材料是適合填充聚四氟乙烯的無機填料中的佼佼者。無機納米粒子填充聚四氟乙烯 的關鍵問題有兩個：一是無機納米粒子在聚四氟乙烯基體中的分散問題難以解決；二是無 機納米粒子與聚四氟乙烯基體的界面結合力弱，導致複合材料的力學性能下降嚴重。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在於針對現有技術的不足，提供一種無機納米粒子的表面改性方法 及其聚四氟乙烯基複合材料。該表面改性方法工藝簡單，適應面廣，改性效果好。改性後的 無機納米粒子與聚四氟乙烯的界面結合力增強，複合材料的綜合力學性能優良。
[0004] 為實現這樣的目的，本發明採用的技術方案為： 本發明提供了一種無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料，其特 徵在於，包括以下步驟：首先在去離子水中加入質量百分比為1?10%的無機納米粒子和 0. 1?0.5%的聚乙二醇400,超聲分散0.5?2 h，形成懸浮液，然後向懸浮液中加入質量百 分比為0. 01?0. 2%的稀土硝酸鹽和0. 01?0. 1%的乙二胺四乙酸二鈉，室溫下超聲10? 30min，靜置20?60 min，再加入質量百分比為0. 1?2%的巰丙基三甲氧基矽烷，攪拌10? 30 min，靜置20?30 min，離心分離，烘乾，研磨，得到改性無機納米粒子，最後將改性無機 納米粒子與聚四氟乙烯粉料共混，控制改性無機納米粒子的質量百分比為聚四氟乙烯粉料 的1?10%，採用模壓成型製得坯體，經燒結後製得聚四氟乙烯/無機納米粒子複合材料。
[0005] 優選的，所述製備步驟包括：首先在去離子水中加入質量百分比為1?10%的無機 納米粒子和〇. 1?〇. 5%的聚乙二醇400,超聲分散lh，形成懸浮液，然後向懸浮液中加入質 量百分比為0. 05?0. 1%的稀土硝酸鹽和0. 05?0. 1%的乙二胺四乙酸二鈉，室溫下超聲 lOmin，靜置30min，再加入質量百分比為0. 5?1%的巰丙基三甲氧基矽烷，攪拌10 min，靜 置30 min，離心分離，烘乾，研磨，得到改性無機納米粒子，最後將改性無機納米粒子與聚四 氟乙烯粉料共混，控制改性無機納米粒子的質量百分比為聚四氟乙烯粉料的1?10%，採用 模壓成型製得坯體，經燒結後製得聚四氟乙烯/無機納米粒子複合材料。
[0006] 優選的，所述的無機納米粒子為納米氧化鋅、納米二氧化鈦、碳納米管、納米二氧 化矽、納米三氧化二鋁的一種或幾種的混合物。
[0007] 優選的，所述的稀土硝酸鹽為硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐠、硝酸銪、硝酸釤、硝酸釹、硝 酸見的一種或幾種的混合物。
[0008] 優選的，所述模壓成型的工藝為：將無機納米粒子與聚四氟乙烯粉料的共混料放 入不鏽鋼模具中，採用壓力機模壓成型，獲得坯體，模壓壓力為20?30MPa，模壓時間為 10 ?40min〇
[0009] 優選的，所述燒結的工藝為：將模壓成型的坯體置於馬弗爐中進行燒結，燒結溫度 為300?380°C，燒結時間為2?5h。
[0010] 本發明所具有的有益效果： (1) 無機納米粒子在水溶液中經過長時間超聲處理並輔以聚乙二醇400的分散作用， 可以達到較好的分散狀態，稀土硝酸鹽和乙二胺四乙酸二鈉可以提供稀土離子和稀土絡合 物，這些稀土離子和絡合物可以與無機納米粒子進行全方位接觸並在其表面進行吸附和絡 合，另一方面這些稀土離子和絡合物與聚四氟乙烯的F元素有很好的絡合能力，所以其與 聚四氟乙烯基體的結合較好，達到提高無機納米粒子與聚四氟乙烯界面結合力的目的； (2) 無機納米粒子在稀土離子和絡合物的雙重表面處理的基礎上，再採用巰丙基三甲 氧基矽烷對其進行改性，其帶有巰基功能團，用其處理無機納米粒子表面，可增加其與樹脂 粘接性，提尚樹脂基複合材料的力學性能； (3) 經過表面改性的無機納米粒子與聚四氟乙烯的界面結合力強，宏觀力學性能好； (4) 該發明的無機納米粒子表面改性方法工藝簡單，成本低。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但不限定本發明的保護範圍。
[0012] 實施例1 首先在IOOmL去離子水中加入5g納米氧化鋅和0. 2g的聚乙二醇400,超聲分散lh， 形成懸浮液，然後向懸浮液中加入0. 05g硝酸鑭和0. 05g的乙二胺四乙酸二鈉，室溫下超 聲lOmin，靜置30min，再加入質量百分比為Ig的巰丙基三甲氧基矽燒，攪拌10 min，靜置 30 min，離心分離，烘乾，研磨，得到改性無機納米粒子，最後將5g改性無機納米粒子與95g 聚四氟乙烯粉料共混，將共混料放入不鏽鋼模具中，採用壓力機模壓成型，獲得坯體，模壓 壓力為28MPa，模壓時間為20min，將模壓成型的坯體置於馬弗爐中進行燒結，燒結溫度為 350°C，燒結時間為2h，經燒結後製得聚四氟乙烯/無機納米粒子複合材料。
[0013] 為了驗證本發明無機納米粒子的表面改性方法的改性效果，分別採用3種方法對 納米氧化鋅進行表面改性，第一種方法是納米氧化鋅不進行表面改性，第二種方法是採用 濃度為1%的KH-550矽烷偶聯劑對納米氧化鋅進行表面改性，第三種方法是採用本發明的 表面改性方法，按照實施例1的工藝參數進行。然後將上述3種方法改性後的納米氧化鋅 填充聚四氟乙烯/，控制納米氧化鋅的加入質量百分比為5%，採用模壓成型方法成型，然後 燒結製備複合材料測試試樣，模壓成型和燒結條件同實施例1中的工藝條件。最後將製得 的聚四氟乙烯/納米氧化鋅複合材料試樣進行拉伸性能和衝擊性能的測試，拉伸性能按照 GB/T16421-1996進行，衝擊性能按照GB /T1043-1993。每個數據重複五次求平均值。測試 結果列於下表：
【權利要求】
1. 一種無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料，其特徵在於，包括 以下步驟：首先在去離子水中加入質量百分比為1?10%的無機納米粒子和0. 1?0. 5%的 聚乙二醇400,超聲分散0. 5?2 h，形成懸浮液，然後向懸浮液中加入質量百分比為0. 01? 0.2%的稀土硝酸鹽和0.01?0. 1%的乙二胺四乙酸二鈉，室溫下超聲10?30min，靜置 20?60 min，再加入質量百分比為0. 1?2%的巰丙基三甲氧基矽烷，攪拌10?30 min， 靜置20?30 min，離心分離，烘乾，研磨，得到改性無機納米粒子，最後將改性無機納米粒 子與聚四氟乙烯粉料共混，控制改性無機納米粒子的質量百分比為聚四氟乙烯粉料的1? 10%，採用模壓成型製得坯體，經燒結後製得聚四氟乙烯/無機納米粒子複合材料。
2. 根據權利要求1所述的無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料， 其特徵在於，所述的製備步驟包括：首先在去離子水中加入質量百分比為1?10%的無機 納米粒子和〇. 1?〇. 5%的聚乙二醇400,超聲分散lh，形成懸浮液，然後向懸浮液中加入質 量百分比為0. 05?0. 1%的稀土硝酸鹽和0. 05?0. 1%的乙二胺四乙酸二鈉，室溫下超聲 lOmin，靜置30min，再加入質量百分比為0. 5?1%的巰丙基三甲氧基矽烷，攪拌10 min，靜 置30 min，離心分離，烘乾，研磨，得到改性無機納米粒子，最後將改性無機納米粒子與聚四 氟乙烯粉料共混，控制改性無機納米粒子的質量百分比為聚四氟乙烯粉料的1?10%，採用 模壓成型製得坯體，經燒結後製得聚四氟乙烯/無機納米粒子複合材料。
3. 根據權利要求1所述的無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料， 其特徵在於，所述的無機納米粒子為納米氧化鋅、納米二氧化鈦、碳納米管、納米二氧化娃、 納米三氧化二鋁的一種或幾種的混合物。
4. 根據權利要求1所述的無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料， 其特徵在於，所述的稀土硝酸鹽為硝酸鑭、硝酸鈰、硝酸鐠、硝酸銪、硝酸釤、硝酸釹、硝酸釓 的一種或幾種的混合物。
5. 根據權利要求1所述的無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料， 其特徵在於，所述模壓成型的工藝為：將無機納米粒子與聚四氟乙烯粉料的共混料放入不 鏽鋼模具中，採用壓力機模壓成型，獲得坯體，模壓壓力為20?30MPa，模壓時間為10? 40min〇
6. 根據權利要求1所述的無機納米粒子的表面改性方法及其聚四氟乙烯基複合材料， 其特徵在於，所述燒結的工藝為：將模壓成型的坯體置於馬弗爐中進行燒結，燒結溫度為 300?380°C，燒結時間為2?5h。
【文檔編號】C08K9/06GK104479266SQ201410825908
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月26日 優先權日:2014年12月26日
【發明者】孟慶昌, 劉延生 申請人:天津濱浦生產力促進有限公司