一种超细金属颗粒的制备方法及其制备的超细金属颗粒的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种超细金属颗粒的制备方法，进一步地讲，是涉及一种通过将金属粉末与聚合物熔融共混后拉伸成纤而原位制备超细金属颗粒的方法及其制备的超细金属颗粒。
【背景技术】
[0002]自1962年日本的上田良二教授为超细颗粒命名以来，超细金属颗粒作为其中最重要一员，以其在结晶学、热学、光学、电磁学等方面所具有的不同于一般块状、粒状金属的独特性能，已经在新型的功能材料方面崭露头角。超细金属颗粒的这些特性是由其自身具有的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、量子隧道效应所决定的。这些特性与金属材料特有的化学活性、催化活性、优异的电学、磁学及光学性能等相结合，使其在催化、滤光、光吸收、传感、医药、生物工程、磁介质、冶金、新材料以及固体推进剂配方改进等领域有着广阔的研究和应用前景。超细金属颗粒的研究和开发在科学理论和工程应用上都具有十分重要的意义。自上世纪80年代开始，各工业发达国家竞相对超细金属颗粒的物性、制备及应用开展了系统而全面的研究。随着科技的发展，许多行业对超细金属颗粒需求的也在不断增加，因此，对于超细金属颗粒的制备和应用的研究也在逐渐深入。
[0003]目前，超细金属颗粒的制备方法主要包括:目前，超细金属颗粒的制备方法主要包括:气相法(Mark T Swihart.Vapor phase synthesis of nanoparticles[J].Current Opin1n in Colloid&Interface Science2003, 8 (I): 127-133)、液相法(LehuiLu, Hongjie Zhang, Guoying Sun, Shiquan Xi,and Haishui Wang.Aggregat1n-BasedFabricat1n and Assembly of Roughened Composite Metallic Nanoshells:Applicat1nin Surface-Enhanced Raman Scattering[J].Langmuir2003, 19, 9490-9493)和固相法(Revesz A., Lendvai J..Thermal properties of ball-milled nanocrystallineFe, Co, Cr powders [J].Nanostructured Materialsl998, 10 (I): 13-24)。其中气相法反应速度快，能实现连续化生产，而且制造的超细金属颗粒纯度高、分散性好、团聚少、表面活性大，但由于气相法是在高温下瞬间完成的，因此要求金属物料在极短的时间内达到微观上的均匀混合，对反应器的型式、设备的材质、加热方式以及进料方式均有很高的要求。在液相法中既包括物理方法又包括化学方法。采用液相法制备超细金属颗粒，所需的设备及操作过程都比较复杂。而固相法则是借助机械力将大块金属破碎成所需粒径的金属颗粒，其优点在于工艺比较简单、产量大、可以连续操作，但块状金属的破碎过程比较困难。总之，采用以上方法制备超细金属颗粒，对于工艺及设备的要求都很高，而且能耗也很大，制备金属颗粒的过程中，金属颗粒也比较容易被氧化。
【发明内容】
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[0004]为了简化现有技术中超细金属颗粒的制备工艺，降低制备成本，防止制备过程中的超细金属颗粒暴露在空气中被氧化，特提出了本发明。
[0005]本发明的目的之一在于提供一种超细金属颗粒的制备方法。
[0006]本发明的制备方法是将金属粉末与聚合物树脂中进行熔融共混，所得共混物熔体通过挤出机挤出经过挤出机口模时直接进行纵向拉伸，得到聚合物/金属复合纤维。在熔融共混过程以及通过挤出机口模形成聚合物/金属复合纤维的拉伸过程中，由于聚合物树脂和金属之间的作用等因素使得金属粉末不断地被破碎而原位形成粒径更小的超细金属颗粒。由此所得到的聚合物/金属复合纤维的微观形态为超细金属颗粒作为分散相均匀分布在复合纤维的聚合物基体中。从而形成含有超细金属颗粒的聚合物/金属复合纤维。再将聚合物/金属复合纤维中的聚合物基体溶解掉，即可分离出其中的超细金属颗粒，从而得到超细金属颗粒。
[0007]本发明的超细金属颗粒的制备方法具有良好的适用性和较低的设备成本。在制备过程中，通过对金属粉末粒径的优化选择和聚合物种类和成纤过程技术参数的调节，使所制得的超细金属颗粒的粒径可调，甚至可以制备出粒径在纳米级的超细金属颗粒。而且超细金属颗粒在形成过程中其始终处于聚合物包裹的保护下，这样就避免了外界环境对金属的氧化、腐蚀作用。同时使用的聚合物可以再利用，也进一步降低了超细金属颗粒的生产成本。
[0008]具体来讲，本发明的超细金属颗粒的制备方法包括以下步骤:
[0009]步骤一:将金属粉末与聚合物树脂进行熔融共混，所得共混物熔体通过挤出机挤出；从挤出机口模挤出时对共混物熔体直接进行纵向拉伸，得到含有超细金属颗粒的聚合物/金属复合纤维；所述挤出机口模的温度不低于所述聚合物树脂熔点或软化温度，同时不低于金属粉末的熔点。挤出机口模温度不低于聚合物熔点或软化温度和金属熔点时，当共混物熔体经过口模拉伸时，可使金属在聚合物的存在下容易被破碎。此处所述的聚合物熔点或软化温度，是指聚合物受热开始熔融或软化的温度，对于结晶聚合物来讲，此温度称为聚合物熔点，对于非结晶聚合物来讲此温度就叫聚合物软化温度。
[0010]步骤二:将上述所得到的聚合物/金属复合纤维在溶剂中溶解，将其中的聚合物树脂完全溶解之后分离得到所述超细金属颗粒；所述溶剂为可溶解所述聚合物树脂的溶剂。
[0011]进一步地,对本发明的超细金属颗粒制备方法详述如下:
[0012]有关本发明所述步骤一:
[0013]其中金属粉末与聚合物树脂进行熔融共混时，按照聚合物树脂和金属粉末总的体积份数计算，其中所述的金属粉末的体积份数优选小于或等于10%vol，更优选小于或等于5%vol,最优选小于或等于3%vol。
[0014]步骤一中所述的聚合物树脂没有任何限制，可以为现有技术中各种聚合物树脂，优选各种热塑性聚合物树脂，更优选为热塑性乙烯聚合物树脂、热塑性乙烯聚合物树脂改性产物中的至少一种。其中所述的热塑性乙烯聚合物树脂可以为现有技术中各种热塑性乙烯聚合物树脂，优选为乙烯的均聚物(乙烯均聚物)、乙烯和其他烯烃的共聚物(乙烯共聚物)中的至少一种。其中热塑性乙烯聚合物树脂改性产物指现有技术中已有的各种热塑性乙烯聚合物树脂的化学改性产物和物理改性产物，其中化学改性指改性剂与乙烯聚合物树脂分子发生化学反应，使其分子结构发生改变，例如包括接枝改性等；物理改性是指在不改变乙烯聚合物树脂分子的化学结构，乙烯聚合物树脂分子本身不发生化学反应的情况下，通过物理的方法对乙烯聚合物树脂进行改性，包括填充改性、增强改性和共混改性等。据此，本发明中的热塑性乙烯聚合物树脂更优选为乙烯均聚物、乙烯共聚物、乙烯均聚物的接枝物、乙烯共聚物的接枝物中的至少一种。其中的乙烯均聚物的接枝物、乙烯共聚物的接枝物没有任何限制，可以为现有技术中的已有的任何乙烯均聚物和/或乙烯共聚物在任何接枝技术、任何单体、任何接枝率条件下得到的接枝产物。
[0015]其中所述金属粉末的金属为熔点在55?500°C的单组分金属和金属合金中的至少一种，其熔点优选为90?350°C，更优选为100?300°C，最优选为120?250°C。其中所述的金属的熔点既可高于所述聚合物熔点或软化温度也可低于或等于所述聚合物熔点或软化温度。
[0016]以上所述单组分金属优选为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素的单质金属；所述金属合金优选为镓、铯、铷、铟、锡、铋、镉、铅元素中