專利名稱：一種硼酸酯偶聯(lián)劑表面改性硼酸鎂晶須的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及采用一種硼酸酯偶聯(lián)劑改性硼酸鎂晶須的方法。以硼酸鎂晶須為原料，選用硼酸酯偶聯(lián)劑為改性劑，通過濕法表面化學改性，制備高品質晶須填料，屬于材料領域。本發(fā)明制備的硼酸鎂晶須適用于聚合物或樹脂的高檔填料，可使硼酸鎂晶須增強聚合物基復合材料綜合性能得到顯著提高。
背景技術：
晶須是一類纖維狀單晶體，直徑很小，一般為0. 1 10 μ m，長徑比為10 100。由于晶須尺寸極小，晶體結構比較完整，幾乎不含位錯、空位、雜質等缺陷，因此晶須的強度和彈性模量均接近于晶體原子結合力的理論極限值，因而具有優(yōu)良的耐高溫、耐腐蝕性能，有良好的機械強度、電絕緣性、輕量、高強度、高彈性模量、高硬度等特性。在目前所知增強體中，晶須是強度最高、性能最優(yōu)的復合材料增強體。由于晶須尺寸細微，幾乎不影響復合材料的流動性，適合填充薄壁、外型復雜塑料制品。另外，晶須增強工程塑料膨脹系數及成型收縮率小，制品有極高的尺寸精度和光潔表面，廣泛應用于補強聚合物基高分子材料。硼酸鎂晶須是繼硼酸鋁晶須之后性價比更高的晶須產品，其生產原料易得，生產工藝相對簡單，操作技術容易掌握，故其成本低廉，已接近民用承受能力，是一種具有廣泛應用前景的新型增強材料。硼酸鎂晶須化學式為Mg2B2O5,晶體結構為單斜晶系，晶格常數 a = 0.9197nm,b = 0.31228nm, c = 1.2303nm。作為復合材料增強體，必須解決硼酸鎂晶須在復合材料中的分散性和界面粘結問題。由于硼酸鎂晶須與聚合物基體的界面性質不同，相容性較差，使其在聚合物基體中分散不均勻。因此，需要對硼酸鎂晶須表面進行改性，增強其與聚合物基體材料之間的相容性和結合力，以提高復合材料的機械強度及綜合性能。綜合考慮改性性質、手段和目的，無機填料等粉體的表面改性方法可以分為表面包覆改性、表面化學改性、接枝化學改性、機械力化學改性、沉淀反應改性等。包覆是利用無機物或有機物對填料表面進行“覆膜”以達到改性的方法，如在晶須表面涂覆氧化鋁涂層， 用酚醛樹脂涂覆在石英砂表面等；接枝化學改性是利用電暈放電、紫外線、等粒子體、電解聚合等手段，將單烯烴或聚烯烴引入填料顆粒表面。由于烯烴和聚烯烴等與有機高分子基體性質接近，所以增強了填料與基體之間的結合力而起到補強作用；機械力化學改性是利用超細粉碎及其他強烈機械力作用對粉體表面進行激活，在一定程度上改變粉體表面的晶體結構、溶解性能、化學吸附和反應活性等；沉淀反應改性是利用無機化合物在顆粒表面進行沉淀反應，在顆粒表面形成一層或多層“包膜”，以達到改善粉體光澤、著色力、耐候性等表面性質；表面化學改性是目前應用最重要，最廣泛的一種改性方法。通過表面改性劑與顆粒表面進行化學反應或化學吸附的方式改性，使填料表面特性發(fā)生變化，從而賦予無機填料新的性能。本專利選用硼酸酯偶聯(lián)劑并采用表面化學改性法對硼酸鎂晶須進行表面改性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是根據硼酸鎂晶須及其工業(yè)應用特點，通過硼酸酯偶聯(lián)劑表面改性技術，提供一種用硼酸酯偶聯(lián)劑改性制備高品質硼酸鎂晶須填料的工藝方法。改性后硼酸鎂晶須與有機高分子材料之間的相容性、親和力得到明顯改善，晶須在基體中分散性得到改善，從而提高高分子基復合材料制品機械性能及其綜合性能。本專利技術方案涉及的關鍵技術有(1)硼酸酯偶聯(lián)劑品種與用量；(2)硼酸酯偶聯(lián)劑改性硼酸鎂晶須的工藝方法。1.硼酸酯偶聯(lián)劑的選擇與用量偶聯(lián)劑是無機填料表面改性中應用最廣，發(fā)展最快的一種表面改性劑，主要有硅烷、鈦酸酯、鋁酸酯、硼酸酯、鋁鈦復合偶聯(lián)劑等系列產品。目前，硼酸酯在氣體干燥劑、潤滑油、壓縮機工作介質的添加劑，聚氯乙烯、聚乙烯的抗靜電劑等許多方面有廣泛應用。但硼酸酯偶聯(lián)劑卻是最近三十年來發(fā)展起來的新型偶聯(lián)劑，相對硅烷、鋁酸酯偶聯(lián)劑，其在無機填料改性應用相對較少。與碳氫表面活性劑等相比，硼酸酯偶聯(lián)劑具有表面活性高，熱穩(wěn)定性強，有很好抗靜電、阻燃、殺菌、等綜合性能，尤其是無毒無公害，易于生物降解等特性。硼酸酯偶聯(lián)劑分子式為C3H7OB(OCOC15H31)2，其紅外光譜如圖1所示。吸附在硼酸鎂晶須表面的硼酸酯偶聯(lián)劑中的烷氧基和晶須表面的羥基發(fā)生化學反應，在兩者之間形成 B-O化學建，而偶聯(lián)劑的另一端具有烷烴基、酰氧基及酯基長鏈，使得硼酸鎂晶須有機化，達到表面改性的目的。另外硼酸酯偶聯(lián)劑還具有色淺、味小、成本低等特點。因此，本專利采用硼酸酯偶聯(lián)劑對硼酸鎂晶須表面改性，以達到提高其在高分子基復合材料中分散均勻性， 進而提高復合材料性能的目的。偶聯(lián)劑的理論用量可以通過下式計算得到W= (W1X S1) /S2式中W偶聯(lián)劑用量(g)；W「欲改性的無機填料量(g)；S1-無機填料比表面積(m2/g)；S2-偶聯(lián)劑的最小包覆面積(m2/g)；由上式計算得到只是理論用量。實際應用時，由于受到填料晶體形態(tài)、表面特征等因素影響，偶聯(lián)劑實際用量與理論用量有一定差別。本專利先通過上式計算偶聯(lián)劑理論用量，再通過實驗進行驗證和修正，最后得出偶聯(lián)劑的實際用量。實驗獲得硼酸酯偶聯(lián)劑最佳用量為硼酸鎂晶須的2% 4% (wt. % )。2.硼酸酯偶聯(lián)劑改性硼酸鎂晶須的工藝方法本發(fā)明采用硼酸酯偶聯(lián)劑改性硼酸鎂晶須的工藝為(1)將硼酸鎂晶須烘干，除去吸附水分，干燥溫度為120°C，干燥時間為池；(2)按晶須(g)硼酸酯偶聯(lián)劑(g) = 100 1 5比例稱取偶聯(lián)劑；(3)按硼酸酯(g)無水乙醇(mL) = 1 100比例量取無水乙醇稀釋劑；(4)配制表面改性劑。將硼酸酯偶聯(lián)劑加入無水乙醇中，溶液加熱溫度為45°C 80°C，溶解，混合均勻；(5)將晶須加入按步驟(4)配制的改性劑中，攪拌及超聲震蕩Ih ；
(6)將步驟( 得到的硼酸鎂晶須反復多次進行抽濾和無水乙醇洗滌過程；(7)改性硼酸鎂晶須的干燥。干燥溫度為90°C，干燥時間為4 6h。紅外、接觸角、動態(tài)浸潤性測試和紅外光譜分析表明，硼酸酯偶聯(lián)劑已經以化學和物理方式吸附和包覆在用上述工藝方法所制得的改性硼酸鎂晶須產品的硼酸鎂晶須表面。 同時，硼酸鎂晶須由改性前的親水疏油性變成改性后的親油疏水性，極性和表面能大幅度下降。將未改性與改性硼酸鎂晶須分別加入正庚烷溶液中，模擬晶須在有機體系中的分散性。實驗結果表明，改性后硼酸鎂晶須能均勻分散在有機體系中。
四

附圖1 硼酸酯偶聯(lián)劑紅外光譜圖。附圖2 硼酸鎂晶須紅外光譜圖。附圖3 硼酸酯偶聯(lián)劑表面改性硼酸鎂晶須紅外光譜圖。附圖4 水滴在硼酸酯偶聯(lián)劑改性硼酸鎂晶須表面的接觸角。附圖5 未改性與硼酸酯偶聯(lián)劑改性硼酸鎂晶須在正庚烷溶液中的分散性。
五具體實施例方式實施例1 采用硼酸酯偶聯(lián)劑表面改性硼酸鎂晶須的工藝方法。本實例采用的硼酸鎂晶須樣品由遼寧營口兄弟硼鎂化工有限公司提供，其物理性能如圖表1所示。表1硼酸鎂晶須物理性能
權利要求
1.一種硼酸酯偶聯(lián)劑表面改性硼酸鎂晶須的方法，該方法以硼酸鎂晶須為原料，采用硼酸酯偶聯(lián)劑為改性劑，通過濕法表面化學工藝進行改性，其特征為(1)烘干硼酸鎂晶須，以去除吸附水分。干燥溫度為120°c，干燥時間為4h；(2)按硼酸鎂晶須(g)硼酸酯偶聯(lián)劑(g)= 100 1 5比例稱取硼酸酯偶聯(lián)劑；(3)按硼酸酯偶聯(lián)劑(g)無水乙醇(mL)= 1 100量取無水乙醇稀釋劑；(4)配制表面改性劑。將硼酸酯偶聯(lián)劑加入到無水乙醇中，加熱溫度為45°C 80°C，溶解，混合均勻；(5)將硼酸鎂晶須加入按步驟(4)配制的改性劑中，攪拌及超聲振蕩Ih；(6)將步驟(5)中得到的硼酸鎂晶須進行抽濾、洗滌，反復多次；(7)改性硼酸鎂晶須的干燥，干燥溫度為90°C，干燥時間為4 他。
2.按照權利要求1所述的硼酸鎂晶須改性工藝，其特征在于，所述的硼酸酯偶聯(lián)劑分子式為=C3H7OB (OCOC15H31)2t全文摘要
本發(fā)明涉及采用硼酸酯偶聯(lián)劑改性硼酸鎂晶須的工藝方法。具體步驟為①120℃下烘干硼酸鎂晶須；②按硼酸鎂晶須(g)∶硼酸酯偶聯(lián)劑(g)＝100∶1～5稱取硼酸酯偶聯(lián)劑；③按硼酸酯偶聯(lián)劑(g)∶無水乙醇(mL)＝1∶100量取無水乙醇稀釋劑；④配制表面改性劑。在加熱溫度為45℃～80℃條件下將偶聯(lián)劑加入到稀釋劑中，混合均勻；⑤將硼酸鎂晶須加入到配制好的表面改性劑中，攪拌及超聲振蕩1h；⑥反復多次進行改性硼酸鎂晶須的抽濾和無水乙醇洗滌過程；⑦90℃下干燥改性硼酸鎂晶須。硼酸鎂晶須由改性前親水疏油性變成改性后的親油疏水性，極性和表面能大幅度降低。改性硼酸鎂晶須與聚合物或樹脂的相容性、親和性和浸潤性得到明顯改善。
文檔編號C09C1/02GK102321395SQ20111030356
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月10日 優(yōu)先權日2011年8月30日
發(fā)明者吳永嘉, 陳善華 申請人:成都理工大學