本发明涉及一种氧化铝磨料粉体的表面改性方法。
背景技术：
氧化铝凭借其高硬度、稳定性好等优点而在精密加工制造等工业应用中有突出表现,是目前广泛采用的抛光磨料，随着现代技术的发展，在树脂抛光磨料生产中，尤其是对高精度研磨、镜面抛光加工，细粒度磨具的应用领域也更加的广泛，同时超细粉体的性能必须具有良好的分散稳定性及与其它物料混合使用时具有良好的相容性。对于平均粒径10μm以内的超细颗粒，由于粒度小，表面能高，极易产生团聚现象；在加工时与水性悬浮剂或抛光剂的相溶性不理想，会发生磨料颗粒分散不均匀和易沉降，造成抛光划痕、凹坑等表面缺陷。因此，对超细粉体的表面改性，改善磨料颗粒在水性悬浮剂或抛光剂中的相容性和均匀分散稳定性，可有效提高研磨或抛光效果。
为了改善氧化铝磨料粉体在水性悬浮剂或抛光剂中的相容性和均匀分散稳定性，一般选用加入分散剂或接枝改性法。用分散剂改性方法主要通过加入分散剂改变磨料粉体粒子的表面电荷或在粒子表面产生空间位阻来达到分散的目的。刘阳桥[1]等人用PBTCA作为分散剂，证明PBTCA的羧基及膦酸基均参与氧化铝表面的化学吸附,从而提高了吸附强度，使悬浮液的稳定性趋好。李飞舟[2]等人研究了PAA-NH4+、阿拉伯树胶、PAA-NH4+阿拉伯树胶等3种分散剂对氧化铝悬浮液稳定性的影响。发现PAA-NH4+阿拉伯树胶两种分散剂交互分散有利于提高悬浮液的稳定性，使氧化铝悬浮液的沉降相体积分数降低了3%左右,分散剂的添加量降低了26.7%。于晓琳[3]等人研究了D-山梨醇对聚丙烯酸(PAA)稳定的水基氧化铝悬浮液流变性能的影响。部分山梨醇吸附在Al2O3颗粒表面并与PAA以氢键形式结合,增大了颗粒间的空间位阻,提高了悬浮液的流变性和稳定性能。张浩[4]等人研究了聚丙烯酸–聚氧化乙烯[PAA–PEO]梳型共聚物和PAA类分散剂对氧化铝悬浮液的流变性能的影响。发现PAA–PEO分散剂在pH2.0～12.0的范围内能使Al2O3浆料稳定，在剪切速率为102.4s–1时，30%(体积分数)的氧化铝悬浮液的粘度保持在8～12mPa·s之间，解决了在弱酸条件下PAA对Al2O3粉体不能分散的问题。
化学接枝改性是利用粉体粒子的表面基团与某有机化合物产生化学键合，通过有机枝链化合物在介质中的可溶性,增强超细粒子在介质中的分散。R．K．Singhd等[5]认为在硬度较高的粒子表面包覆一层较软的物质可以减少抛光划痕和凹坑等缺陷；Yano等[6]制备了一种含无机/树脂复合粒子的抛光液，在化学机械抛光（CMP）实际应用中，明显的改善抛光后工件表面的划痕等微观缺陷；Suratwala等[7]人通过在石英玻璃抛光中添加粗大尺寸的磨粒，研究表面划痕的分布规律与特征。结果表明：划痕的产生以及划痕的尺寸在很大程度上依赖于磨粒粒径大小；Yoshida等[8]采用Pechini法制备出纯CeTi2O6并将它作为TEOS-SiO2介质的化学机械抛光磨料，研究它比纯CeO2磨料有更高的抛光速率，其抛光速率的提高来源于CeTi2O6中Ce的化学活性提高和因CeTi2O6有较小的密度导致其有效抛光粒子的数量增加；史丽萍等[9]研究了表面处理Al2O3增强PEFE摩擦能力和在浆料中的分散均匀性；武汉理工大学余家国等[10]用有机硅、有机氟表面活性剂，乙醇、丙醇作试剂，处理SiC微粉填料以增加其耐磨性。
[1]刘阳桥,高濂.PBTCA稳定Al2O3悬浮液及沉积物分形特性的研究[J].无机材料学报,2000,5:855-861.
[2]李飞舟.两种分散剂交互作用Al2O3悬浮液稳定性的研究[J].新技术新工艺,2009,9:83-87.
[3]于晓琳，肖春霞，郭露村.D-山梨醇对聚丙烯酸-水基氧化铝悬浮液流变性能的影响[J].无机材料学报,2011,5：545-549.
[4]张浩，王晓莉，郭露村.PAA-PEO和PAA对α-Al2O3-H2O悬浮液流变性能的影响[J].硅酸盐学报,2007,10:1317-1322.
[5]SinghRK，BajajR．Advancesinchemical-mechanicalplan-arization．MRSBull，2002，27(10)：743-745.
[6]YanoH，MatsuiY，MinamihabaGetal．High-performanceCMPslurrywithinorganic/resinabrasiveforAl/lowkdamascene．MaterResSocSympProc，2001：581-583.
[7]SuratwalaT，SteeleR，FeitMD，WongL．MillerPEffectofrogueparticlesonthesub-surfacedamageoffusedsilicaduringgrinding/polishing．JournalofNon-CrystallineSolids，2008，354：2023-2037.
[8]Yoshida，Koyaman，AshizawaT，etal．Anewcerium-basedternaryoxideslurry，CeTi2O6forChemical-MechanicalPolishing．JpnJApplPhys，2007，46(3A)：977-979.
[9]史丽萍，何春霞，顾红艳．表面处理Al2O3增强PEFE基复合材料的摩擦学性能．中国塑料，2003，17(5):30-39.
[10]余家国，程蓓，赵修建．发明专利：CN1394720A.
通过加分散剂法的方式改善磨料颗粒在水性悬浮剂或抛光剂中的相容性和分散稳定性的效果有限，且研磨液或抛光液只能现配现用，不方便储存，在实际应用中并不是很实用。现有的表面接枝的方法虽然能在一定程度上改善研磨或抛光的效果，但磨料颗粒在水性悬浮剂或抛光剂中的相容性和分散稳定性问题仍未能很好解决，且表面接枝方法大都存在工艺流程繁杂，处理周期长和效率低等问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是克服现有氧化铝磨料粉体的缺陷，提供了一种氧化铝磨料粉体的表面改性方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种氧化铝磨料粉体的表面改性方法，包括：
（1）氧化铝磨料粉体与硅烷偶联剂反应0.5-5小时；
（2）再向步骤（1）的反应体系加入含丙烯酰基官能团的单体，以及引发剂，在50-120℃反应0.5-10小时。
优选的，步骤（1）在pH为2-7下进行反应。
优选的，所述硅烷偶联剂的结构式为YSiX3，其中：X-可水解的基团；Y-有机官能团.
更优选的，所述X为卤素、甲氧基、乙氧基、甲氧基乙氧基、乙酰氧基等，这些基团水解时即生成硅醇，而与无机物质结合，形成硅氧烷；Y为乙烯基、氨基、3-氨基丙基、环氧基、甲基丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基丙基、巯基、脲基等，这些反应基团可与有机物质反应而结合。
优选的，步骤（1）所述反应在40-100℃下进行，更优选的是在50-60℃下进行。
优选的，步骤（1）中，硅烷偶联剂的用量为氧化铝磨料粉体重量的0.1-10%，更优选的为6-8%，如6%、7%、8%。
优选的，所述氧化铝磨料粉体与含丙烯酰基官能团的单体的质量比为100:1-100。
优选的，所述含丙烯酰基官能团的单体为丙烯酸、丙烯酸钠或丙烯酰胺。
优选的，所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵，按含丙烯酰基官能团的单体重量的1-5%加入引发剂，具体地如1%、2%、3%、4%或5%。
与现有方法相比，本发明方法操作简单、效率更高，改性结果可控，可根据实际需要对磨料颗粒在水性悬浮剂或抛光剂中的相容性和分散稳定性进行调控，从而获得较为理想的研磨或抛光效果。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是氧化铝磨料在水性悬浮剂AQ-200中分散稳定性的变化曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将100g氧化铝磨料粉体分散于100mL乙醇中，再加入7g硅烷偶联剂（甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷），用草酸调节pH至3，温度升至50℃左右，持续搅拌反应2h。接着通氮气，向上述反应液中加入20g丙烯酸钠单体，搅拌30min后，加入引发剂过硫酸钾0.6g，保持恒温50℃再持续搅拌反应6h。反应完成后，经过滤，清洗，烘干后即可得样品1。表面包覆率为3.01%。
实施例2
将100g氧化铝磨料粉体分散于100mL乙醇中，再加入7g硅烷偶联剂（3-氨基丙基三乙氧基硅烷），保持温度在50℃左右持续搅拌反应2h。接着通氮气，向上述反应液中加入20g丙烯酸钠单体，搅拌30min后，加入引发剂过硫酸钾0.6g，保持恒温50℃再持续搅拌6h。反应完成后，经过滤，清洗，烘干后即可得样品2。表面包覆率为2.86%。
实施例3
将100g氧化铝磨料粉体分散于100mL乙醇中，再加入7g硅烷偶联剂（甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷），用草酸调节pH至3，保持温度在60℃左右持续搅拌反应3h。接着通氮气，向上述反应液中加入20g丙烯酰胺单体，搅拌30min后，加入引发剂过硫酸钾0.6g，搅拌反应20min后，保持恒温90℃再持续搅拌7h。反应完成后，经过滤，清洗，烘干后即可得样品3。表面包覆率为6.08%。
图1为同一氧化铝磨料粉体改性前、后在水性悬浮剂AQ-200中分散稳定性的变化曲线（转速6000r/min）。由图1可见（坐标A为离心后上层清液的吸光度），表面改性后的氧化铝在水性悬浮剂AQ-200中的稳定性均比未表面改性氧化铝有明显改善。
实施例4
将100g氧化铝磨料粉体分散于100mL乙醇中，再加入7g硅烷偶联剂（甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷），用草酸调节pH至3，保持温度在60℃左右持续搅拌反应3h。接着通氮气，向上述反应液中加入10g丙烯酰胺单体，搅拌30min后，加入引发剂过硫酸钾0.3g，搅拌反应20min后，保持恒温90℃再持续搅拌7h。反应完成后，经过滤，清洗，烘干后即可得样品4。表面包覆率为4.55%。
实施例5
将100g氧化铝磨料粉体分散于100mL乙醇中，再加入7g硅烷偶联剂（甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷），用草酸调节pH至3，保持温度在60℃左右持续搅拌反应3h。接着通氮气，向上述反应液中加入5g丙烯酰胺单体，搅拌30min后，加入引发剂过硫酸钾0.15g，搅拌反应20min后，保持恒温90℃再持续搅拌7h。反应完成后，经过滤，清洗，烘干后即可得样品5。表面包覆率为2.38%。
实施例3、4、5表明粉体的表面包覆率随着单体浓度的增加而增加。
本发明可通过控制改性过程中的条件，制备不同表面包覆率的表面改性氧化铝，从而实现氧化铝磨料颗粒在水性悬浮剂或抛光剂中的相容性或分散稳定性的有效调控。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。