一种无机粉体表面修饰的制备方法

本技术涉及一种无机粉体表面修饰的制备方法，属于热塑性高分子材料。

背景技术：

1、无机粉体在高分子复合材料中应用广泛。通过填充无机粉体能进一步提升聚合物的强度、尺寸稳定性、刚性、耐热性和性价比等，可应用于建筑、交通运输、农业、电气电子工业等国民经济主要领域和人们日常生活。

2、无机粉体与树脂之间的界面结合性是影响高分子基复合材料性能的关键因素。无机粉体表面呈现亲水性，加入高分子体系中难以分散均匀，不能体现粉体的特殊性能。为改善无机粉体在有机体系中的相容性和分散性，必须对其进行表面修饰。

3、无机粉体的表面功能化修饰是解决这一问题的重要技术手段。目前国内技术主要集中于添加低分子量的表面活性剂或界面偶联剂与粉体共混。比如中国发明专利cn104262754 a使用硅酸酯作为锚定基团改善碳酸钙与高分子之间的相容性；中国专利cn1970647a通过硅烷偶联剂对滑石粉进行表面改性；中国专利cn102558915 a将滑石粉与低熔点树脂熔融共混以修饰无机粉体。然而，表面活性剂与无机粉体之间化学作用力有限，在高分子加工成型过程中，受到加热、剪切等作用，无机粉体表面的活性剂极易脱落，从而失效并产生界面缺陷。此外，大部分偶联剂的惰性有机基团比较小，与高分子之间的分子间作用力也比较弱。这导致偶联剂修饰的无机粉体与高分子基体之间的界面相互力依旧较弱，无机粉体仍然团聚，无法完成粉体与树脂界面之间的充分结合，因此高分子复合材料的性能优化程度较低。为了更好地改善无机粉体的亲油性，需要进一步开发更为先进的无机粉体表面处理的工艺技术方案。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种无机粉体的表面修饰方法，能有效改善无机粉体在高分子基体中的相容性和分散性。改性方法简单，对设备要求低，有利于推广，具备显著的经济效益和社会价值。

2、本技术结合表面活性剂的工艺优势，通过化学反应的方式将含有醚键的表面改性剂锚定在无机粉体表面的羟基上，完成无机粉体表面的功能化修饰。借助表面改性剂的长链促进无机粉体在树脂基体中的分散，提高二者的界面相容性，从而优化高分子基复合材料的性能。

3、根据本技术的一个方面，提供了一种无机粉体表面修饰的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

4、(1)将表面改性剂溶解在水中，得到表面改性剂水溶液；

5、(2)将无机粉体加入表面改性剂水溶液中，分散、搅拌、干燥，得到表面修饰的无机粉体；

6、所述表面改性剂水溶液中的表面改性剂为含有醚键的表面改性剂。

7、可选地，所述含有醚键的表面改性剂选自聚乙二醇、聚氧乙烯、乳酸-乙二醇共聚物、乙交酯-乙二醇共聚物、赖氨酸-乙二醇共聚物、乙烯-乙烯醇共聚物中的至少一种。

8、可选地，所述无机粉体选自氧化钛、氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化铈、氧化锆、氧化锡、氢氧化铝、氢氧化镁、磷灰石、凹凸棒土、蒙脱土、高岭土、硅灰石、云母、滑石粉、粘土、碳酸钙、碳酸镁、碳酸锌、硫酸钡、石墨、炭黑中的至少一种。

9、可选地，所述步骤(1)中，所述表面改性剂水溶液中表面改性剂的质量浓度为1wt％～90wt％。

10、可选地，所述步骤(1)中，所述表面改性剂水溶液中表面改性剂的质量浓度选自1wt％、2wt％、5wt％、10wt％、20wt％、50wt％、60wt％、90wt％中的任意值或上述任意两者之间的范围值。

11、可选地，所述无机粉体占水重量的1wt％～90wt％。

12、可选地，所述无机粉体占水重量选自1wt％、2wt％、5wt％、10wt％、20wt％、50wt％、60wt％、90wt％中的任意值或上述任意两者之间的范围值。

13、可选地，所述分散的时间为1h～10h，分散的功率为10w～800w。

14、可选地，所述分散的时间选自1h、2h、5h、7h、9h、10h中的任意值或上述任意两者之间的范围值。

15、可选地，所述分散的功率选自10w、50w、100w、200w、300w、500w、800w中的任意值或上述任意两者之间的范围值。

16、可选地，所述分散为超声分散。

17、可选地，所述搅拌为磁力搅拌。

18、可选地，所述磁力搅拌的加热温度为60℃～90℃，磁力搅拌的搅拌速率100rpm～1000rpm。

19、可选地，所述磁力搅拌的加热温度选自60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、90℃中的任意值或上述任意两者之间的范围值。

20、可选地，所述磁力搅拌的搅拌速率选自100rpm、200rpm、300rpm、500rpm、700rpm、1000rpm中的任意值或上述任意两者之间的范围值。

21、可选地，所述干燥为鼓风干燥。

22、可选地，所述鼓风干燥的温度为50～150℃，鼓风干燥的时间为10～50h。

23、可选地，所述鼓风干燥的温度选自50℃、75℃、100℃、125℃、150℃中的任意值或上述任意两者之间的范围值。

24、可选地，所述鼓风干燥的时间选自10h、20h、30h、40h、50h中的任意值或上述任意两者之间的范围值。

25、经过所述的修饰方法处理的无机粉体，改性后无机粉体在高分子基体中具有良好的分散性和相容性。

26、本技术为提高无机粉体在高分子复合材料内的分散性和相容性，提供了一种无机粉体的表面修饰方法，所述改性方法其特征在于包括以下步骤：

27、(1)表面改性剂水溶液的制备：将表面改性剂溶解在去离子水中形成溶液，表面改性剂的质量浓度为1wt％～90wt％；

28、(2)无机粉体分散液的制备：将无机粉体加入上述表面改性剂水溶液内，然后转移至超声清洗机中超声分散制备无机粉体的分散液。分散液中无机粉体占水重量的1wt％～90wt％；

29、(3)无机粉体的表面改性：将无机粉体分散液在磁力搅拌器作用下持续共混并逐渐加热去除溶剂，形成无机粉体的膏状物。

30、(4)无机粉体后处理：将膏状无机粉体在鼓风烘箱中干燥并研磨成粉末。

31、本技术公开的无机粉体的表面修饰方法，先制备表面改性剂水溶液，然后分散无机粉体并对其进行表面改性，干燥研磨后得到表面官能化的无机粉末。该表面修饰方法适用于各种无机粉体的表面改性，能有效提高无机粉体在高分子基体中的分散性和相容性，从而优化热塑性复合材料的综合性能。本技术的制备方法具有简单高效、设备要求低、成本小、安全环保等一系列优点，有利于推广，具备显著的经济效益和社会价值。

32、本技术能产生的有益效果包括：

33、1)本技术中无机粉体表面羟基与表面改性剂发生化学反应，使改性剂通过化学键牢固地锚定在无机粉体表面。通过该方法修饰的无机粉体，其表面的改性剂不会因为高温和剪切加工而脱落，当与其他高分子复合时保持良好的分散性和相容性。

34、2)本技术中涉及的无机粉体表面修饰方法，具有改性方法简单高效，对设备要求低，有利于推广、成本小等一系列优点，具备显著的经济效益和社会价值。此外，该修饰方法并未使用易燃、易爆、有毒或有刺激性气味的溶剂，具有安全环保的特性。