專利名稱：一種表面改性的金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬復(fù)相陶瓷粉體表面改性技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種表面改性的金屬硼化物/三氧化二鋁(Al2O3)復(fù)相陶瓷粉體及其制備方法，具體為提供一種與有機(jī)樹脂具有良好的界面相容性并極大改善有機(jī)樹脂耐熱性、耐磨性的表面經(jīng)有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/ Al2O3復(fù)相陶瓷粉體及其制備方法。
背景技術(shù)：
無機(jī)陶瓷粉體填充有 機(jī)樹脂融合了無機(jī)陶瓷優(yōu)異的力學(xué)性能、耐磨耐蝕性能及高導(dǎo)熱耐熱性能和有機(jī)樹脂的高柔性、可加工性等性能可以顯著提高有機(jī)樹脂材料的熱性能、力學(xué)性能及摩擦學(xué)等性能，自問世以來一直引起國內(nèi)外研究者的廣泛重視。無機(jī)陶瓷粉體與有機(jī)樹脂的界面相容性是制約填充樹脂組分性能發(fā)揮的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)界面相容性差，無機(jī)陶瓷粉體不能良好的分散在有機(jī)樹脂中時(shí)，無機(jī)填料就不能有效的發(fā)揮其改善有機(jī)樹脂性能的作用。因此，要充分發(fā)揮高性能無機(jī)陶瓷填料的功能，使其填充的有機(jī)樹脂的性能得到極大的增強(qiáng)，提高界面相容性是該領(lǐng)域研究的重要課題。由于無機(jī)陶瓷粉體與有機(jī)樹脂結(jié)構(gòu)不相容，通常二者的界面相容性很差，通過無機(jī)陶瓷粉體表面有機(jī)功能團(tuán)改性，提高無機(jī)粉體與有機(jī)樹脂的結(jié)構(gòu)相似性，進(jìn)而改善其界面相容性目前已被一定研究所證實(shí)。但是，從先前的研究來看，無機(jī)陶瓷粉體表面有機(jī)改性研究多集中于單相陶瓷，如Si02、A1203、SiC和TiO2等，而對于復(fù)相陶瓷研究則還很少見報(bào)道，特別是金屬硼化物復(fù)相陶瓷表面進(jìn)行有機(jī)功能團(tuán)改性的研究至今還尚未見報(bào)道。金屬硼化物/Al2O3陶瓷作為高溫復(fù)相陶瓷與常規(guī)陶瓷相比具有極高的熔點(diǎn)、高的硬度、高的導(dǎo)熱率、耐磨性和高的化學(xué)穩(wěn)定性。將金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體填充到有機(jī)樹脂中，能極大的改善有機(jī)樹脂的耐熱性和耐磨性。但是，金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體與有機(jī)樹脂之間仍存在著結(jié)構(gòu)不相似、界面不相容的問題，嚴(yán)重的制約了金屬硼化物/Al2O3復(fù)相粉體在有機(jī)樹脂中的高性能的發(fā)揮。因此，對金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面進(jìn)行有機(jī)功能團(tuán)改性對實(shí)現(xiàn)其與有機(jī)樹脂的良好復(fù)合非常必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于通過表面有機(jī)功能團(tuán)改性，解決高性能金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體與有機(jī)樹脂界面相容性差的問題，提供一種與有機(jī)樹脂具有很好的結(jié)構(gòu)相似性，界面相容性好的表面經(jīng)有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性的高性能的金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體。本發(fā)明提出的制備一種高性能的表面有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體，其特征在于它包括如下步驟:
I)將粒徑小于100 u m金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體加入到含有一定量的結(jié)構(gòu)中具有有機(jī)功能團(tuán)的表面改性劑的乙醇水解溶液中，按金屬硼化物/Al2O3復(fù)相粉體:乙醇水解溶液=I克:5 10毫升的比例加入；其中，乙醇水解溶液中，表面改性劑與乙醇水溶液的比例為I克:50毫升，乙醇與水的比例為1:9(體積比)；反應(yīng)恒溫于4(T50°C，機(jī)械攪拌f 2小時(shí)，超聲分散數(shù)分鐘；得到表面經(jīng)有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性的硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體料漿；
2)將步驟I)得到的復(fù)相粉體料漿通過離心分離，并將分離的粉體用丙酮洗滌2-3次后在80°C的真空烘箱中干燥12小時(shí)，得產(chǎn)品。所述的金屬硼化物為二硼化鈦、二硼化鋯、二硼化鉻或二硼化鉿中的一種或多種。所述的表面改性劑以硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或雙金屬偶聯(lián)劑為最佳。本發(fā)明將金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體進(jìn)行表面有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性處理，制備出表面具有通過化學(xué)鍵合連接的有機(jī)功能團(tuán)的金屬硼化物/Al2O3復(fù)合粉體。本發(fā)明所使用的表面改性劑是偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑分子結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是分子中含有化學(xué)性質(zhì)不同的兩個(gè)基團(tuán)，一個(gè)是親無機(jī)物的基團(tuán)，易于無機(jī)物表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；另一個(gè)是親有機(jī)物的基團(tuán)，能與有機(jī)樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生成氫鍵溶于其中。通過偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)中的親無機(jī)物基團(tuán)與金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面發(fā)生羥基反應(yīng)，使得偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)中的親有機(jī)物基團(tuán)通過化學(xué)反應(yīng)連接到復(fù)相粉體表面，實(shí)現(xiàn)金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面有機(jī)功能化改性。表面有機(jī)改性的復(fù)合粉體由于表面含有有機(jī)基團(tuán)，使得其與有機(jī)樹脂的界面相容性得到了極大的改善。與常規(guī)陶瓷粉體相比本發(fā)明所提供的陶瓷粉體其填充的有機(jī)樹脂具有更高的耐熱性和耐磨性能。本發(fā)明復(fù)合粉體的制備工藝簡單，操作方便，所給出的表面有機(jī)改性硼化物/Al2O3復(fù)合粉體有 機(jī)功能團(tuán)的種類、濃度等性質(zhì)可通過調(diào)節(jié)偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)種類、偶聯(lián)劑乙醇水解溶液的濃度及反應(yīng)溫度，易于控制，制造成本低，適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。圖2和圖3分別為金屬硼化物/ Al2O3復(fù)相粉體表面經(jīng)偶聯(lián)劑化學(xué)鍵合改性前后的掃描電鏡照片，可以看出，復(fù)相粉體表面經(jīng)有機(jī)偶聯(lián)劑改性后因有機(jī)基團(tuán)的引入，而使粉體顆粒之間間距變小。圖4和圖5分別為金屬硼化物/ Al2O3復(fù)相粉體表面經(jīng)偶聯(lián)劑改性前后的紅外光譜譜圖。分析譜圖，得知改性后的復(fù)相粉體表面已引入了有機(jī)基團(tuán)，且有機(jī)基團(tuán)與復(fù)相粉體之間是以化學(xué)鍵的方式連接，說明在一定的條件下，在金屬硼化物/Al2O3復(fù)相粉體表面通過偶聯(lián)劑改性處理是可以獲得表面以化學(xué)鍵合的方式連接有機(jī)功能團(tuán)的金屬硼化物復(fù)相粉體材料。


圖1本發(fā)明復(fù)合粉體的制備流程圖。圖2為金屬硼化物/ Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面有機(jī)改性前的掃描電鏡照片。圖3為金屬硼化物/ Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面有機(jī)改性后的掃描電鏡照片。圖4為金屬硼化物/ Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面有機(jī)改性前的紅外光譜。圖5為金屬硼化物/ Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面有機(jī)改性后的紅外光譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將5g硅烷偶聯(lián)劑(鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、雙金屬偶聯(lián)劑)加入到250ml乙醇水溶液(乙醇:水=1:9，體積比)中，攪拌水解。然后將50g金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體加入到上述乙醇水解溶液中，機(jī)械攪拌廣2小時(shí)，超聲分散10分鐘，反應(yīng)溫度控制在40^500C。反應(yīng)后將均勻的料漿離心分離，并將分離的粉體用丙酮洗滌2-3次后在80°C的真空烘箱中干燥12小時(shí)，得到表面經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體。該復(fù)相粉體由于有機(jī)基團(tuán)的引入，提高了無機(jī)粉體與有機(jī)樹脂結(jié)構(gòu)的相似性，改善了其與有機(jī)樹脂的界面相容性。實(shí)施例2
將Sg鈦酸酯偶聯(lián)劑(硅烷偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、雙金屬偶聯(lián)劑)加入到400ml乙醇水溶液(乙醇:水=1:9，體積比)中，攪拌水解。然后將80g金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體加入到上述乙醇水解溶液中，機(jī)械攪拌廣2小時(shí)，超聲分散10分鐘，反應(yīng)溫度控制在40^500C。反應(yīng)后將均勻的料漿離心分離，并將分離的粉體用丙酮洗滌2-3次后在80°C的真空烘箱中干燥12小時(shí)，得到表面經(jīng)鈦酸酯偶聯(lián)劑化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體。該復(fù)相粉體由于有機(jī)基團(tuán)的引入，提高了無機(jī)粉體與有機(jī)樹脂結(jié)構(gòu)的相似性，改善了其與有機(jī)樹脂的界面相容性。實(shí)施例3
將4g鋁酸酯偶聯(lián)劑(硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、雙金屬偶聯(lián)劑)加入到200ml乙醇水溶液(乙醇:水=1:9，體積比)中，攪拌水解。然后將40g金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體加入到上述乙醇水解溶液中，機(jī)械攪拌廣2小時(shí)，超聲分散10分鐘，反應(yīng)溫度控制在40^500C。反應(yīng)后將均勻的料漿離心分離，并將分離的粉體用丙酮洗滌2-3次后在80°C的真空烘箱中干燥12小時(shí)，得到表面經(jīng)鋁酸酯偶聯(lián)劑化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體。該復(fù)相粉體由于有機(jī)基團(tuán)的引入，提高了無機(jī)粉體與有機(jī)樹脂結(jié)構(gòu)的相似性，改善了其與有機(jī)樹脂的界面相容性。實(shí)施例4
將2g雙金屬偶聯(lián)劑(鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、硅烷偶聯(lián)劑)加入到IOOml乙醇水溶液(乙醇:水=1:9，體積比)中，攪拌水解。然后將20g金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體加入到上述乙醇水解溶液中，機(jī)械攪拌廣2小時(shí)，超聲分散10分鐘，反應(yīng)溫度控制在40^500C。反應(yīng)后將均勻的料漿離心分離，并將分離的粉體用丙酮洗滌2-3次后在80°C的真空烘箱中干燥12小時(shí)，得到表面經(jīng)雙金屬偶聯(lián)劑化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體。該復(fù)相粉體由于有機(jī)基團(tuán)的引入，提高了無機(jī)粉體與有機(jī)樹脂結(jié)構(gòu)的相似性，改善了其與有機(jī)樹脂的界面相容性。實(shí)施例5
將IOg硅烷偶聯(lián)劑(鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑、雙金屬偶聯(lián)劑)加入到500ml乙醇水溶液(乙醇:7jC =1:9,體積比)中，攪拌水解。然后將IOOg金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體加入到上述乙醇水解溶液中，機(jī)械攪拌廣2小時(shí)，超聲分散10分鐘，反應(yīng)溫度控制在40^500C。反應(yīng)后將均勻的料漿離心分離，并將分離的粉體用丙酮洗滌2-3次后在80°C的真空烘箱中干燥12小時(shí)，得到表面經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體。該復(fù)相粉體由于有機(jī)基團(tuán)的引入，提高了無機(jī)粉體與有機(jī)樹脂結(jié)構(gòu)的相似性，改善了其與有機(jī)樹脂的界面相容性。
權(quán)利要求
1.一種表面改性的金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷粉體，其特征在于是由金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷顆粒和顆粒表面的有機(jī)功能團(tuán)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷粉體，其特征在于，所述的顆粒表面有機(jī)功能團(tuán)是通過顆粒與表面改性劑發(fā)生化學(xué)鍵合而形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的表面改性的金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷粉體，其特征在于，所述的表面改性劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、鋁酸酯偶聯(lián)劑或雙金屬偶聯(lián)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表面改性的金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷粉體，其特征在于，所述的金屬硼化物為二硼化鈦、二硼化鋯、二硼化鉻或二硼化鉿中的一種或多種。
5.一種如權(quán)利要求1所述的表面改性的金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷粉體的制備方法，其特征在于具體步驟如下: 1)將金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷粉體加入到含有一定量的結(jié)構(gòu)中具有有機(jī)功能團(tuán)的偶聯(lián)劑的乙醇水解溶液中，按金屬硼化物/三氧化二鋁復(fù)相粉體:乙醇水解溶液=I克:5 10毫升的比例加入；其中，乙醇水解溶液中，偶聯(lián)劑與乙醇水溶液的比例為I克:50毫升，乙醇與水的體積比為1:9 ;反應(yīng)恒溫于4(T50°C，機(jī)械攪拌廣2小時(shí)，超聲分散數(shù)分鐘；得到表面經(jīng)有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性的硼化物/三氧化二鋁復(fù)相陶瓷粉體料漿； 2)將步驟I)得到的復(fù)相粉體料漿通過離心分離，并將分離的粉體用丙酮洗滌2-3次后在80°C的真空烘箱中干燥12 小時(shí)，得產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高性能的與有機(jī)樹脂具有良好界面相容性的表面經(jīng)有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/三氧化二鋁(Al2O3)復(fù)相陶瓷粉體及其制備方法。本發(fā)明將金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體進(jìn)行表面有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性處理，制備出表面具有通過化學(xué)鍵合連接的有機(jī)功能團(tuán)的金屬硼化物/Al2O3復(fù)合粉體。本發(fā)明所使用的表面改性劑是偶聯(lián)劑，通過偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)中的親無機(jī)物基團(tuán)與金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面發(fā)生羥基反應(yīng)，使得偶聯(lián)劑結(jié)構(gòu)中的親有機(jī)物基團(tuán)通過化學(xué)反應(yīng)連接到復(fù)相粉體表面，實(shí)現(xiàn)金屬硼化物/Al2O3復(fù)相陶瓷粉體表面有機(jī)功能化改性。本發(fā)明提供的高性能的表面經(jīng)有機(jī)功能團(tuán)化學(xué)鍵合改性的金屬硼化物/三氧化二鋁(Al2O3)復(fù)相陶瓷粉體具有與有機(jī)樹脂良好界面相容性并提高其耐熱性、耐磨性等的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。制備工藝簡單，操作方便，有利于工業(yè)上實(shí)際應(yīng)用。
文檔編號C09C1/40GK103160148SQ201310078730
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者于志強(qiáng) 申請人:復(fù)旦大學(xué)