一种无机纳米颗粒-二元醇分散液及其制备方法及应用与流程

本发明涉及材料改性领域，尤其是一种无机纳米颗粒-二元醇分散液及其制备方法及应用。

背景技术：

1、聚酯纤维因其具有良好的物理、化学性能，在各个领域发挥着重要的作用。将无机纳米颗粒在切片合成过程中分散到聚酯纤维内部，可以进一步改善纤维的力学性能、结晶性能和流变行为等加工性能。因此，精准调节二元醇连续相中的无机纳米颗粒的粒径大小，优化其在纤维内的聚集状态，从而进一步剖析无机纳米颗粒对纤维材料的影响，是制备具有优异性能的无机纳米颗粒改性聚酯纤维复合材料的关键所在。

2、现有技术中，如专利cn 108862357公开了一种硫酸钡粒径控制装置及方法，专利申请cn 115554958公开了一种可连续控制生产不同粒径硫酸钡的系统及方法，其都是通过控制系统生产不同粒径的无机纳米颗粒，但这两种方法在生产过程中不稳定，且未解决无机纳米颗粒本身和其在连续相中的团聚问题；专利申请cn 101948636公开了改性纳米沉淀硫酸钡的制备方法，通过改变改性剂的含量和种类来改性无机纳米颗粒并将其应用于高分子材料中。但大多数偶联剂除改性纳米颗粒外，还能与高分子材料发生物理或化学的作用，导致高分子材料性能发生改变。因此，其提供的方法无法通过调控无机粒子的粒径来增强高分子材料的性能。为此，本发明提出了一种无机纳米颗粒-二元醇分散液及其制备方法及应用。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种无机纳米颗粒-二元醇分散液及其制备方法及应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明第一方面提出一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：将无机纳米颗粒、二元醇溶剂混合并进行纳米研磨分散，得到无机纳米颗粒-二元醇悬液；

5、优选的，混合后在研磨设备中进行研磨，研磨设备中的研磨介质粒径为0.05-0.30mm；研磨时间为2-6h。

6、s2：将硅烷偶联剂与接枝稳定剂混合均匀，调节ph至碱性，高速搅拌至硅烷偶联剂充分水解，得到改性液；

7、优选的，水解时搅拌速度为200-400r/min,搅拌时间为2-6h。

8、优选的，先将硅烷偶联剂分散在乙醇溶液中，再加入接枝稳定剂混合均匀；

9、优选的选用氨水调节ph；

10、优选的，水解时间为2-6h；更优选的，2-5h。

11、s3：向改性液中继续加入接枝稳定剂，搅拌均匀，再与无机纳米颗粒-二元醇悬液混合，加热剧烈搅拌，得到无机纳米颗粒分散液；

12、s4：旋蒸，除去无机纳米颗粒分散液中多余的接枝稳定剂，得到无机纳米颗粒-二元醇分散液。

13、本发明利用硅烷偶联剂对无机纳米颗粒进行接枝改性，可有效抑制纳米颗粒的团聚。但硅烷偶联剂在水解过程中容易发生自聚，自聚后的硅烷偶联剂不具备接枝反应活性，使得纳米颗粒表面接枝率的降低，将无法高效地解决无机纳米颗粒的团聚问题。因此，本发明提出在硅烷偶联剂水解前后分别加入接枝稳定剂，抑制硅烷偶联剂自身反应，使硅烷偶联剂水解产生的基团全部尽可能与纳米颗粒进行反应，进而削弱纳米颗粒团聚现象。但是，如果前期加入过多的接枝稳定剂，会抑制硅烷偶联剂的水解反应，导致生成的能与纳米颗粒反应的基团较少，因此分批加入接枝稳定剂。通过改变水解液中接枝稳定剂与硅烷偶联剂质量比，研发制备具有不同粒径且分散性良好的无机纳米颗粒-二元醇分散液。

14、作为本发明的一种实施方式，所述s1中，无机纳米颗粒与二元醇溶剂的质量比为1:(10-40)；

15、所述s2中，硅烷偶联剂与接枝稳定剂的质量比为1:(1-20)；

16、优选的，硅烷偶联剂与接枝稳定剂的质量比为1:(2-12)。

17、所述s3中，继续加入接枝稳定剂至改性液中硅烷偶联剂与接枝稳定剂的质量比为1:(2-40)；

18、优选的，继续加入接枝稳定剂至改性液中硅烷偶联剂与接枝稳定剂的质量比为1:(4-30)。

19、作为本发明的一种实施方式，所述s2中，采用氨水调节ph，碱性的范围为ph至9-10；所述s3中的加热温度为60-110℃；优选的，80-100℃。

20、作为本发明的一种实施方式，步骤s3中，搅拌速度为600-800r/min,搅拌时间为2-8h。

21、作为本发明的一种实施方式，所述无机纳米颗粒包括二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、碳酸钙、硫酸钡、水滑石或蒙脱土中的至少一种；

22、所述二元醇溶剂包括乙二醇、1,3-丙二醇或1,4-丁二醇。

23、作为本发明的一种实施方式，所述接枝稳定剂包括甲醇、乙醛、四氢呋喃、乙腈、丙酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺或n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种；

24、所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。

25、本发明第二方面提出根据上述制备方法制备得到的无机纳米颗粒-二元醇分散液。

26、作为本发明的一种实施方式，无机纳米颗粒-二元醇分散液的分散粒径均在100nm±30nm范围内，分散粒径跨度为10nm。

27、本发明第三方面提出根据上述制备方法制备得到的无机纳米颗粒-二元醇分散液在制备高分子材料中的应用。

28、优选的，无机纳米颗粒-二元醇分散液在制备聚酯纤维中的应用。

29、作为本发明的一种实施方式，所述高分子材料的原料包括聚对苯二甲酸乙二酯纤维、聚对苯二甲酸丙二酯纤维或聚对苯二甲酸丁二酯纤维中的至少一种。

30、本发明的有益效果：

31、1、本发明提出的无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，实现了精准调控无机纳米颗粒在二元醇连续相中的粒径大小和分散系数，制备出的无机纳米颗粒在二元醇连续相中具有良好的分散性，可以制备出多尺度、高分散的无机纳米颗粒-二元醇分散液，解决了现有硅烷偶联剂对二元醇分散系中的无机纳米颗粒的改性效果不佳，纳米颗粒粒径大小不可高效调节且分散性差等问题；

32、2、本发明无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法操作简单，且原料价格低廉，不需要改变偶联剂的含量或种类，仅需要在硅烷偶联剂水解过程前后加入接枝稳定液并调节两者配比，即可实现精准调控无机纳米颗粒粒径的目的，选用接枝稳定剂不参与接枝反应，可通过减压蒸发手段可以去除，从而避免对纳米颗粒分散性能的影响。

技术特征：

1.一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，其特征在于，所述无机纳米颗粒包括二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、碳酸钙、硫酸钡、水滑石或蒙脱土中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，其特征在于，所述接枝稳定剂包括甲醇、乙醛、四氢呋喃、乙腈、丙酮、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺或n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，其特征在于，所述二元醇溶剂包括乙二醇、1,3-丙二醇或1,4-丁二醇。

5.根据权利要求1所述的一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，其特征在于，所述s1中，无机纳米颗粒与二元醇溶剂的质量比为1:（10-40）；

7.根据权利要求2所述的一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，其特征在于，所述s2中，采用氨水调节ph，碱性的范围为ph至9-10。

8.根据权利要求1所述的一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法，其特征在于，所述s3中的加热温度为60-110℃。

9.如权利要求1-8任一权利要求所述的一种无机纳米颗粒-二元醇分散液的制备方法制备得到的无机纳米颗粒-二元醇分散液。

10.如权利要求9所述的无机纳米颗粒-二元醇分散液在制备高分子材料中的应用。

技术总结
本发明涉及涉及材料改性技术领域，尤其是一种无机纳米颗粒‑二元醇分散液及其制备方法及应用，现提出如下方案，其包括将无机纳米颗粒、二元醇溶剂混合并进行纳米研磨分散，得到混合液；将硅烷偶联剂与接枝稳定剂混合均匀，调节pH至碱性，得到改性液；向改性液中继续加入接枝稳定剂，再与混合液混合，得到无机纳米颗粒分散液；旋蒸，除去其中多余的接枝稳定剂，得到无机纳米颗粒‑二元醇分散液。本发明在不改变偶联剂类型总添加量条件下，通过在硅烷偶联剂的水解过程前后加入接枝稳定液并调节两者配比，实现精准调控无机纳米颗粒在二元醇连续相中的粒径大小和分散系数的目的。

技术研发人员：陈玉刚,栾自昊,娄建东,杨晶晶,周正权,朱文祥
受保护的技术使用者：浙江海利得新材料股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17