專利名稱：一種疏水性三氧化二鉻的制備方法
一種疏水性三氧化二鉻的制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于改性鉻的化合物的制備方法，涉及一種疏水性三氧化二鉻的制備方法。采用本發(fā)明制備的疏水性三氧化二鉻特別適用作橡膠、樹脂基復(fù)合材料或涂料的填充材料，人造革的著色劑，以及印刷紙幣的專用油墨中。
背景技術(shù)：
三氧化二鉻又稱氧化鉻綠，具有耐蝕、耐光、耐磨、耐高溫、耐化學(xué)作用等優(yōu)點，可作為填充改性材料廣泛應(yīng)用于橡膠、樹脂基復(fù)合材料或涂料等行業(yè)，既可提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐熱性能，又能降低制品的成本。但是，由于三氧化二鉻表面呈親水疏油性，未經(jīng)表面改性的三氧化二鉻與有機(jī)高聚物之間的極性差異較大，相容性不好，本身易團(tuán)聚，尤其是作為無機(jī)填料時，難以在高聚物材料中均勻分散。未經(jīng)疏水改性的三氧化二鉻由于三氧化二鉻粒子表面的親水性，它不能被樹脂基體良好潤濕，界面結(jié)合較差，存在界面缺陷， 當(dāng)基體在受到外力作用時，三氧化二鉻與基體脫離，形成空化效應(yīng)，產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引發(fā)裂紋導(dǎo)致整個材料破壞，使其力學(xué)性能下降。未改性的三氧化二鉻粉體表面極性較大，易團(tuán)聚，在非水體系中分散不均勻，其作為著色劑應(yīng)用于油性涂料中，顆粒的不均勻分散大大降低了其著色效果。由于三氧化二鉻填料自身吸潮，作為填充改性材料易引起復(fù)合材料吸潮而腐蝕、降解，使其力學(xué)性能降低、使用壽命縮短。因此，必須對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋砻娓男裕?改善其與有機(jī)高聚物之間的相容性，提高其顆粒在有機(jī)物介質(zhì)中的分散性。
現(xiàn)有技術(shù)中，中國專利申請CN1621467A公開了一種含鉻有機(jī)硅耐高溫涂料，系以有機(jī)硅樹脂、成膜劑、三氧化二鉻，按一定比例配制而成，該專利中并未提及對三氧化鉻進(jìn)行預(yù)處理，若先將三氧化二鉻進(jìn)行疏水改性，其與有機(jī)硅樹脂的相容性增強(qiáng)，分散效果更佳，制得的涂料耐水性能也能得到顯著提高。在眾多的公知文獻(xiàn)中頻繁提及超疏水性膜、超疏水表面、超疏水性涂層及它們的制備方法，但是對將粉體本身制成超疏水性的研究相對較少。目前，有關(guān)三氧化二鉻疏水改性的研究較少，更無三氧化二鉻疏水改性的專利報道， 所以，三氧化二鉻的疏水改性對拓寬其在其他領(lǐng)域的應(yīng)用范圍具有重要的意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，改變?nèi)趸t的親水性，提供一種疏水性三氧化二鉻的制備方法。制得的疏水性三氧化二鉻(即改性三氧化二鉻)與有機(jī)高聚物具有較好的相容性，可增強(qiáng)結(jié)合力、結(jié)合強(qiáng)度以及復(fù)合材料的熱學(xué)性能及力學(xué)性能。
本發(fā)明的內(nèi)容是一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，其特征是包括下列步驟 a、配料取三氧化二鉻、取三氧化二鉻重量50% 200%的溶劑、取三氧化二鉻重量0. 5% 20%的疏水改性劑；所述疏水改性劑是硬脂酸、月桂酸、甲基三乙氧基硅烷、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種或兩種的混合物；所述溶劑是去離子水、丙酮、無水乙醇中的一種；b、反應(yīng)將三氧化二鉻、溶劑與疏水改性劑混合，在50°C 150°C溫度下攪拌反應(yīng)10 120min后，抽濾，棄去濾液，固體物在80°C 120°C溫度下干燥Mi Mh，即制得疏水性三氧化二鉻(或稱改性三氧化二鉻)；制得的疏水性三氧化二鉻可以再經(jīng)粉碎或/和研磨成粉末。本發(fā)明的內(nèi)容中所述制得的疏水性三氧化二鉻可以用作橡膠、樹脂基復(fù)合材料或涂料的填充材料，人造革的著色劑，以及印刷紙幣的專用油墨中。本發(fā)明的內(nèi)容中所述三氧化二鉻分子式Cr2O3，相對分子量151. 99，密度5. 21g/ cm3，熔點2265°C，沸點約3000°C，可以采用工業(yè)級三氧化二鉻產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列特點和有益效果
(1)采用本發(fā)明，疏水改性劑硬脂酸或月桂酸改性三氧化二鉻時，能在三氧化二鉻微粒表面形成單分子層包覆，硬脂酸或月桂酸分子中的羧基(一C00H)與三氧化二鉻微粒表面吸附的羥基(一 0H)能夠發(fā)生鍵合，又由于長鏈烴基的相互纏繞，其結(jié)果是三氧化二鉻微粒表面被硬脂酸或月桂酸單分子層包覆，使三氧化二鉻微粒表面有機(jī)化；鋁酸酯偶聯(lián)劑改性三氧化二鉻時，鋁酸酯偶聯(lián)劑中的單烷氧基與三氧化二鉻表面上的羥基反應(yīng)形成化學(xué)鍵，使三氧化二鉻表面烷氧基化；甲基三乙氧基硅烷偶聯(lián)劑改性三氧化二鉻時，甲基三乙氧基硅烷中的甲基與三氧化二鉻表面上的羥基反應(yīng)，發(fā)生化學(xué)鍵合，使三氧化二鉻表面甲基化；
(2)采用本發(fā)明制備的疏水性三氧化二鉻，由于表面接上了有機(jī)官能團(tuán)，與樹脂基體之間具有較好的相容性，結(jié)合力顯著增強(qiáng)，大大改善了其在樹脂基復(fù)合材料中的應(yīng)用；改性后的三氧化二鉻表面接上了有機(jī)官能團(tuán)，極性降低，在油性涂料中分散得更加均勻，著色效果更佳；并且，三氧化二鉻在存放使用過程中極易吸收空氣中的水蒸氣，影響使用效果，經(jīng)過改性后的三氧化二鉻，具有很好的疏水性能，長期存放不易吸潮；在應(yīng)用于復(fù)合材料時，也能提高復(fù)合材料的防水性能；三氧化二鉻表面經(jīng)過疏水改性后，它與有機(jī)高聚物之間的相容性發(fā)生顯著改變，從而使其結(jié)合力、結(jié)合強(qiáng)度以及復(fù)合材料的力學(xué)性質(zhì)和物理功能都將得到顯著的增強(qiáng)，同時還可增強(qiáng)復(fù)合材料的耐水性能；
(3)采用本發(fā)明，原料易得，價格低廉；硬脂酸在塑料工業(yè)中是一種常用的助劑，熔點適宜，對人體無任何毒害作用，且價格便宜，生產(chǎn)工藝易于推廣實施，無污染；鋁酸酯偶聯(lián)劑具有性能好、色淺、味小、無須稀釋劑、使用方便、價格低廉等優(yōu)點；月桂酸無色無毒，對皮膚刺激小，使用方便；
(4)本發(fā)明制備工藝簡單，工序簡便，容易操作，制得的疏水性三氧化二鉻(即改性三氧化二鉻)可以用作有機(jī)膠粘劑、樹脂基復(fù)合材料或涂料的填充材料，以及人造革的著色劑、 印刷紙幣的專用油墨中，應(yīng)用前景廣闊，實用性強(qiáng)。
具體實施例方式下面給出的實施例擬以對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不能理解為是對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例1
一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，將50g三氧化二鉻和IOOg丙酮加入到250mL的三口燒瓶中，然后將三口瓶置于恒溫水浴中，裝上回流冷凝裝置，之后加熱至80°C，迅速加入 1. Og硬脂酸，攪拌反應(yīng)40min后，抽濾，干燥，粉碎，研磨，即得到改性三氧化二鉻粉末，該改性三氧化二鉻的活化指數(shù)>99%，接觸角由原來的32°提高到145°，三氧化二鉻由親水性轉(zhuǎn)變成疏水性。將所得疏水性三氧化二鉻放置于恒溫恒濕箱(溫度25°C，濕度80%)中， 30d后其吸潮率僅為0.1% (改性前為18%)，其防水性能得到大大提高。改性后三氧化二鉻顆粒極性降低，表面能減小，分散更加均勻，體積中心粒徑d5(l由2. 63 μ m降至2. 41 μ m，有效改善了粉體的團(tuán)聚現(xiàn)象。紅外光譜研究表明改性后樣品在1706CHT1處硬脂酸羧基-COOH 中C = 0鍵的特征吸收峰消失，在^lScnr1和^δΟοπΓ1處出現(xiàn)了 CH3和CH2等有機(jī)基團(tuán)的特征峰，這表明已成功將硬脂酸連接到了三氧化二鉻粒子表面。
實施例2:一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，將50g三氧化二鉻和IOOg無水乙醇加入到250mL 的三口燒瓶中，然后將三口瓶置于恒溫水浴中，裝上回流冷凝裝置，之后加熱至90°C，迅速加入1. Og月桂酸，攪拌反應(yīng)30min后，抽濾，干燥，粉碎，研磨，即得到改性三氧化二鉻粉末， 該改性三氧化二鉻的活化指數(shù)>98%，接觸角由32°提高到143°，改性三氧化二鉻具有較強(qiáng)的疏水性。紅外光譜研究表明改性后樣品在1701CHT1處月桂酸羧基-COOH中C = 0鍵的特征吸收峰消失，在1639CHT1可能出現(xiàn)了月桂酸鹽羧酸根陰離子(CH3(CH2)iciCOO-)的C = O 鍵吸收峰，在^23(31^1和^53(31^1處出現(xiàn)了 CH3和CH2等有機(jī)基團(tuán)的特征峰，這表明已成功將月桂酸連接到了三氧化二鉻粒子表面，三氧化二鉻由親水變成疏水。
實施例3:一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，將50g三氧化二鉻和IOOg無水乙醇加入到250mL 的三口燒瓶中，然后將三口瓶置于恒溫油浴中，裝上回流冷凝裝置，之后加熱至120°C，迅速加入l.Og鋁酸酯，攪拌反應(yīng)30min后，抽濾，干燥，粉碎，研磨，即得到改性三氧化二鉻粉末， 該改性三氧化二鉻的活化指數(shù)>99%，接觸角由原來的32°提高到159°，有效地得到疏水性三氧化二鉻粉體。紅外光譜研究表明改性后樣品在^igcnT1和2851CHT1處出現(xiàn)了 CH3和 CH2等有機(jī)基團(tuán)的特征峰，這表明已成功將有機(jī)物連接到了三氧化二鉻粒子表面，鋁酸酯偶聯(lián)劑在三氧化二鉻表面發(fā)生化學(xué)鍵合，形成新的化學(xué)鍵，制得了疏水性的三氧化二鉻。
實施例4:一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，將50g三氧化二鉻和IOOg無水乙醇加入到250mL 的三口燒瓶中，然后將三口瓶置于恒溫水浴中，裝上回流冷凝裝置，之后加熱至70°C，迅速加入3. Og甲基三乙氧基硅烷，攪拌反應(yīng)40min后，抽濾，干燥，粉碎，研磨，即得到改性三氧化二鉻粉末，該改性三氧化二鉻的活化指數(shù)>98%，接觸角由改性前的32°提高到150°，三氧化二鉻由親水性變?yōu)槭杷?。紅外光譜研究表明改性后樣品在^^ecnT1處出現(xiàn)了 CH3的特征峰，這表明已成功將甲基連接到了三氧化二鉻粒子表面。
實施例5:一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，將50g三氧化二鉻和IOOg丙酮加入到250mL的三口燒瓶中，然后將三口瓶置于恒溫油浴中，裝上回流冷凝裝置，之后加熱至120°C，迅速加入0. 5g鋁酸酯，攪拌反應(yīng)IOmin后，再加入0. 5g硬脂酸，繼續(xù)攪拌反應(yīng)lOmin，抽濾，干燥， 粉碎，研磨，即得到改性三氧化二鉻粉末，該改性三氧化二鉻的活化指數(shù)>99%，接觸角由改性前的32°提高到149°，改性三氧化二鉻具有較強(qiáng)的疏水性能。
實施例6:
一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，包括下列步驟
a、配料取三氧化二鉻、取三氧化二鉻重量50%的溶劑、取三氧化二鉻重量0.5%的疏水改性劑；
b、反應(yīng)將三氧化二鉻、溶劑與疏水改性劑混合，在50°C溫度下攪拌反應(yīng)120min后，抽濾，固體物在80°C溫度下干燥Mh，即制得疏水性三氧化二鉻(或稱改性三氧化二鉻)；制得的疏水性三氧化二鉻可以再經(jīng)粉碎或/和研磨成粉末。實施例7:
一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，包括下列步驟
a、配料取三氧化二鉻、取三氧化二鉻重量200%的溶劑、取三氧化二鉻重量20%的疏水改性劑；
b、反應(yīng)將三氧化二鉻、溶劑與疏水改性劑混合，在150°C溫度下攪拌反應(yīng)IOmin后，抽濾，固體物在120°C溫度下干燥6h，即制得疏水性三氧化二鉻(或稱改性三氧化二鉻)；制得的疏水性三氧化二鉻可以再經(jīng)粉碎或/和研磨成粉末。實施例8:
一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，包括下列步驟
a、配料取三氧化二鉻、取三氧化二鉻重量100%的溶劑、取三氧化二鉻重量10%的疏水改性劑；
b、反應(yīng)將三氧化二鉻、溶劑與疏水改性劑混合，在100°C溫度下攪拌反應(yīng)60min后，抽濾，固體物在100°C溫度下干燥12h，即制得疏水性三氧化二鉻(或稱改性三氧化二鉻);制得的疏水性三氧化二鉻可以再經(jīng)粉碎或/和研磨成粉末。實施例9一 13:
一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，其特征是包括下列步驟
a、配料取三氧化二鉻、取三氧化二鉻重量50% 200%的溶劑、取三氧化二鉻重量 0. 5% 20%的疏水改性劑；各實施例中各原料組分的具體重量百分比用量見下表1 : 表1
權(quán)利要求
1.一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，其特征是包括下列步驟a、配料取三氧化二鉻、取三氧化二鉻重量50% 200%的溶劑、取三氧化二鉻重量 0. 5% 20%的疏水改性劑；所述疏水改性劑是硬脂酸、月桂酸、甲基三乙氧基硅烷、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種或兩種的混合物；所述溶劑是去離子水、丙酮、無水乙醇中的一種；b、反應(yīng)將三氧化二鉻、溶劑與疏水改性劑混合，在50°C 150°C溫度下攪拌反應(yīng)10 120min后，抽濾，固體物在80°C 120°C溫度下干燥Mi Mh，即制得疏水性三氧化二鉻。
2.按權(quán)利要求1所述疏水性三氧化二鉻的制備方法，其特征是所述制得的疏水性三氧化二鉻用作橡膠、樹脂基復(fù)合材料或涂料的填充材料，人造革的著色劑，以及印刷紙幣的專用油墨中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種疏水性三氧化二鉻的制備方法，其特征是取三氧化二鉻、取三氧化二鉻重量50%～200%的溶劑、取三氧化二鉻重量0.5%～20%的疏水改性劑；所述疏水改性劑是硬脂酸、月桂酸、甲基三乙氧基硅烷、鋁酸酯偶聯(lián)劑中的一種或兩種的混合物；所述溶劑是去離子水、丙酮、無水乙醇中的一種；將三氧化二鉻、溶劑與疏水改性劑混合，在50℃～150℃溫度下攪拌反應(yīng)10～120min后，抽濾，固體物經(jīng)干燥即制得疏水性三氧化二鉻。采用本發(fā)明，原料易得，生產(chǎn)工藝易于實施，制得的改性三氧化二鉻可用作橡膠、樹脂基復(fù)合材料或涂料的填充材料，人造革的著色劑以及印刷紙幣的專用油墨中，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號C08K9/06GK102516823SQ201110414239
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者羅爽, 雷永林, 霍冀川 申請人:西南科技大學(xué)