專利名稱：采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機(jī)氧化物溶膠，特別涉及采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠及其制備方法。
背景技術(shù)：
有機(jī)-無機(jī)雜化聚合物材料通過有機(jī)高分子材料和無機(jī)材料的分子水平的復(fù)合，從而兼具兩類材料的優(yōu)點(diǎn)。如有機(jī)-無機(jī)雜化材料具有無機(jī)材料的良好的耐熱性和剛性，同時(shí)還具有有機(jī)高分子材料良好的加工性和韌性。特別是當(dāng)無機(jī)雜化聚合物材料的有機(jī)相區(qū)與無機(jī)相區(qū)尺寸均在納米范圍內(nèi)，這種精密的混合可以使這類材料在光學(xué)透明性、可調(diào)折射率、力學(xué)性能、耐高溫、耐磨損、柔韌性、功能性等方面表現(xiàn)出單純有機(jī)高分子材料或無機(jī)材料所不具備的優(yōu)越性能。
有機(jī)-無機(jī)雜化材料的一種重要的制備方法是溶膠-凝膠法。在溶膠-凝膠法制備雜化材料中，關(guān)鍵的技術(shù)問題是如何保證制備過程中溶膠體系的穩(wěn)定性，從而確保無機(jī)相在有機(jī)相中實(shí)現(xiàn)“分子水平”的分散。因?yàn)樵陔s化過程中一旦溶膠體系失去穩(wěn)定性，無機(jī)粒子將相互聚結(jié)變大，導(dǎo)致沉聚，使雜化材料中無機(jī)相的尺寸過大，出現(xiàn)相分離，影響最終雜化材料的性能。
因此，為了提高溶膠體系的穩(wěn)定性，通常是在其中加入添加劑以實(shí)現(xiàn)對(duì)溶膠體系的改性。公開號(hào)為CN1451632的專利采用乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑，制備了鋯鈦酸鉛的穩(wěn)定溶膠。而公開號(hào)為CN1556065的專利以乙酰丙酮、二甲基甲酰胺、乙酰乙酸乙酯、戊二酮和醋酸等有機(jī)物中的一種或一種以上作絡(luò)合劑，無機(jī)酸作共溶劑，水和醇作溶劑，制備了穩(wěn)定的BaO、B2O3、SiO2溶膠，溶膠的穩(wěn)定期可達(dá)45天，固含量最高可達(dá)18％。專利JP2002060651制備了透明性和穩(wěn)定性均良好的金屬氧化物溶膠。公開號(hào)為CN1648043采用疏水溶劑置換出原溶膠中的醇溶劑，通過疏水基團(tuán)的作用使氧化硅顆粒均勻分散，得到穩(wěn)定的氧化硅溶膠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供具有穩(wěn)定性好、受熱或長(zhǎng)期存儲(chǔ)過程中溶膠粒子不團(tuán)聚，其透明性保持不變的采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠。
本發(fā)明的另一目的是提供一種采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠的制備方法。
本發(fā)明的采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠是由高分子化合物和無機(jī)氧化物溶膠組成，其中高分子化合物占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～5wt％；無機(jī)氧化物溶膠由無機(jī)氧化物和溶劑組成，其中無機(jī)氧化物占無機(jī)氧化物溶膠總量的1wt％～40wt％。
本發(fā)明的采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠的制備方法是在常壓、室溫～100℃的溫度條件下，將占溶膠產(chǎn)品總量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到無機(jī)氧化物溶膠中，在回流的條件下，攪拌1～2小時(shí)，得到采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠。
所述的無機(jī)氧化物溶膠由無機(jī)氧化物和溶劑組成，其中無機(jī)氧化物占無機(jī)氧化物溶膠總量的1wt％～40wt％；溶劑可以是水、醇或水與醇的混合溶劑，混合溶劑中的水優(yōu)選占3wt％～95wt％。
所述的醇是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇中的一種或一種以上的混合物。
所述的無機(jī)氧化物選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氧化鈣、五氧化二銻、二氧化鈰、氧化釔、氧化鋅、氧化鎳、氧化鉻、氧化鈦中的一種或一種以上的混合物。
所述的高分子化合物選自聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)、聚氧乙烯(PEO)、聚苯乙烯(PS)中的一種或一種以上的混合物，占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～5wt％。
所述的聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯的分子量在200～50000之間，其中聚乙二醇的平均分子量?jī)?yōu)選為200～8000，優(yōu)選占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～2wt％；聚氧乙烯的平均分子量為200～800，優(yōu)選占溶膠產(chǎn)品總量的0.1wt％～1wt％。
所述的聚乙烯醇的平均聚合度為100～2000，優(yōu)選占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～5wt％；平均聚合度為300～1000，更優(yōu)選占溶膠產(chǎn)品總量的0.1wt％～4wt％。
本發(fā)明的采用高分子化合物改性的無機(jī)氧化物溶膠穩(wěn)定劑具有穩(wěn)定性好、受熱或長(zhǎng)期存儲(chǔ)過程中溶膠粒子不團(tuán)聚，其透明性保持不變的特點(diǎn)。特別是在將本發(fā)明的無機(jī)氧化物溶膠穩(wěn)定劑作為添加劑或改性劑加入到高分子材料中制備復(fù)合材料時(shí)，即使在反應(yīng)溫度高達(dá)200℃的條件下，無機(jī)氧化物相仍能在整個(gè)制備過程中保持穩(wěn)定，不團(tuán)聚，從而得到性能優(yōu)良的有機(jī)/無機(jī)雜化材料。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1在二氧化鋯溶膠體系(二氧化鋯占溶膠總量的20wt％，溶劑為水)中加入占溶膠產(chǎn)品總量1wt％的PEG(平均分子量為1000)，在常壓、50℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化鋯溶膠。
實(shí)施例2在二氧化鋯和氧化鋁混合溶膠體系(二氧化鋯占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的10wt％，溶劑為乙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量為1wt％的PVA(平均聚合度為2000)，在常壓、40℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化鋯和氧化鋁復(fù)合溶膠。
實(shí)施例3在二氧化硅溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的25wt％，溶劑為水與乙醇的混合物，兩者重量比為3∶1)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.5wt％的PEG(平均分子量為4000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.1wt％的PVA(平均聚合度為1000)，在常壓、60℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅溶膠。
實(shí)施例4在二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的5wt％，氧化鈦占溶膠總量的5wt％，溶劑為水)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.01wt％的PS(平均分子量為50000)和占溶膠產(chǎn)品總量5wt％的PVA(平均聚合度為100)，在常壓、50℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠。
實(shí)施例5在二氧化鋯溶膠體系(二氧化鋯占溶膠總量的20wt％，溶劑為丙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量1wt％的PEG(平均分子量為1000)，在常壓、80℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化鋯溶膠。
實(shí)施例6在二氧化鋯和氧化鋁混合溶膠體系(二氧化鋯占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的10wt％，溶劑為乙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量為1wt％的PEO(分子量為200)，在常壓、40℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化鋯和氧化鋁復(fù)合溶膠。
實(shí)施例7在二氧化硅溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的25wt％，溶劑為水與乙醇的混合物，兩者重量比為3∶1)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.5wt％的PEG(平均分子量為4000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.1wt％的PEO(分子量為400)，在常壓、60℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅溶膠。
實(shí)施例8在二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的5wt％，氧化鈦占溶膠總量的5wt％，溶劑為摩爾比1∶10的水和丙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.5wt％的PEG(平均分子量為2000)、占溶膠產(chǎn)品總量為0.1wt％的PVA(平均聚合度為1000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.05％的PS(分子量400)，在常壓、90℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠。
實(shí)施例9在二氧化硅和氧化鈣復(fù)合溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的5wt％，氧化鈣占溶膠總量的5wt％，溶劑為丙醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.1wt％的PVA(平均聚合度為2000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.05％的PS(分子量800)，在常壓、90℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅和氧化鈣復(fù)合溶膠。
實(shí)施例10在二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠體系(二氧化硅占溶膠總量的10wt％，氧化鋁占溶膠總量的5wt％，氧化鈦占溶膠總量的5wt％，溶劑為摩爾比1∶10∶10的水、丙醇和丁醇)中加入占溶膠產(chǎn)品總量0.5wt％PEG(平均分子量為2000)、占溶膠產(chǎn)品總量為0.1wt％的PVA(平均聚合度為1000)和占溶膠產(chǎn)品總量0.05％的PS(分子量1000)，在常壓、90℃下進(jìn)行加熱攪拌，回流，1～2小時(shí)后取出，得到穩(wěn)定的二氧化硅、氧化鋁和氧化鈦復(fù)合溶膠。
權(quán)利要求
1.一種采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠，其特征是該溶膠是由高分子化合物和無機(jī)氧化物溶膠組成，其中高分子化合物占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～5wt％；無機(jī)氧化物溶膠由無機(jī)氧化物和溶劑組成，其中無機(jī)氧化物占無機(jī)氧化物溶膠總量的1wt％～40wt％；所述的無機(jī)氧化物選自氧化鋁、氧化鋯、二氧化硅、氧化鈣、五氧化二銻、二氧化鈰、氧化釔、氧化鋅、氧化鎳、氧化鉻、氧化鈦中的一種或一種以上的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠，其特征是所述的溶劑是水、醇或水與醇的混合溶劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溶膠，其特征是所述的醇是乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇中的一種或一種以上的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溶膠，其特征是所述的高分子化合物選自聚乙烯醇、聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯中的一種或一種以上的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溶膠，其特征是所述的聚乙二醇、聚氧乙烯、聚苯乙烯的分子量在200～50000之間；所述的聚乙烯醇的平均聚合度為100～2000。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溶膠，其特征是所述的聚乙二醇的平均分子量為200～8000，占溶膠產(chǎn)品總量的0.01wt％～2wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溶膠，其特征是所述的聚氧乙烯的平均分子量為200～800，占溶膠產(chǎn)品總量的0.1wt％～1wt％。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的溶膠，其特征是所述的聚乙烯醇的平均聚合度為300～1000，占溶膠產(chǎn)品總量的0.1wt％～4wt％。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠的制備方法，其特征是在常壓、室溫～100℃的溫度條件下，將占溶膠產(chǎn)品總量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到無機(jī)氧化物溶膠中，回流，攪拌，得到采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征是所述的無機(jī)氧化物溶膠由無機(jī)氧化物和溶劑組成，其中無機(jī)氧化物占無機(jī)氧化物溶膠總量的1wt％～40wt％。
全文摘要
本發(fā)明涉及無機(jī)氧化物溶膠，特別涉及采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠及其制備方法。在常壓、室溫～100℃的溫度條件下，將占溶膠產(chǎn)品總量0.01wt％～5wt％的高分子化合物加入到無機(jī)氧化物溶膠中，回流，攪拌，得到采用高分子化合物穩(wěn)定劑改性的無機(jī)氧化物溶膠。本發(fā)明的采用高分子化合物改性的無機(jī)氧化物溶膠穩(wěn)定劑具有穩(wěn)定性好、受熱或長(zhǎng)期存儲(chǔ)過程中溶膠粒子不團(tuán)聚，其透明性保持不變的特點(diǎn)。特別是在將本發(fā)明的無機(jī)氧化物溶膠作為添加劑或改性劑加入到高分子材料中制備復(fù)合材料時(shí)，即使在反應(yīng)溫度高達(dá)200℃的條件下，無機(jī)氧化物相仍能在整個(gè)制備過程中保持穩(wěn)定，不團(tuán)聚，從而得到性能優(yōu)良的有機(jī)/無機(jī)雜化材料。
文檔編號(hào)C08L29/04GK1978312SQ20051012629
公開日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月5日
發(fā)明者王小群, 杜善義, 韋第升, 趙臻璐, 王晨 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)