[发明专利]用无机的非金属或金属元素改性纳米氧化铝粒子的方法

说明书

技术领域：

发明涉及一种改性纳米材料，具体涉及一种用于改性高聚物的用无机的非金属或金属元素改性的纳米氧化铝粒子的方法。

背景技术：

杜邦公司采用气溶胶的工艺制备纳米氧化铝，用于纳米掺杂改性高分子材料，以改善其耐电晕性能，取得了巨大的成功，制成了耐电晕无机纳米杂化聚酰亚胺薄膜--Kapton 100CR薄膜，将近二十年来一直处于世界领先水平。而杜邦的气溶胶工艺很难灵活调整纳米氧化铝的化学、物理结构, 从而难以进一步得到带有“合金”结构的纳米氧化铝粒子，更加有效地改善高分子材料的介电性能。目前国内外市场上有很多纳米氧化铝产品，但所有市面上可以购买到的纳米氧化铝材料在对高聚物改性时都有其不可克服的弊端，如纳米氧化铝粉末，在掺杂改性时只能采用机械共混的办法，很难达到分散均匀，而现成的纳米氧化铝分散液又不能灵活的调整纳米粒子的化学、物理结构。

发明内容：

本发明的目的是提供一种溶胶化和热液法相结合的技术，制备无机纳米氧化铝粒子分散液。在反应中设计引入无机的非金属或金属元素，在纳米氧化铝一次粒子中形成相应的氧化复合结构，该结构具有载流子陷阱的功能，可称为化学结构载流子陷阱。

 上述的目的通过以下的技术方案实现：

用无机的非金属或金属元素改性纳米氧化铝粒子的方法，本方法共分为三步，第一步，在甲苯中充分溶解非金属或金属元素的烃氧基化合物M[OR]n所得部分水解产物；第二步，异丙醇铝的水解反应；第三步，将第一步反应的水解产物加入到第二步反应中经过进一步的热液法反应得到改性的γ-Al₂O₃纳米氧化铝粒子分散液。

所述的用无机的非金属或金属元素改性纳米氧化铝粒子的方法，所述的第一步:

将不同的无机的非金属或金属元素的烃氧基化合物M[OR]n在甲苯中充分混合溶解，溶液中溶质的浓度重量百分比小于15%，加入用量控制在溶质质量的0.2~2%，然后在40~80 ℃的温度范围内和超声条件下，向溶液中缓慢滴加去离子水，滴加水持续时间大于2小时，水量可根据需要在M[OR]n摩尔量的0.1~1.5倍范围调节，继续超声搅拌2h，调节水量可调节水解的程度。

所述的用无机的非金属或金属元素改性纳米氧化铝粒子的方法，所述的催化剂中酸性催化剂为醋酸酐，醋酸，甲酸，甲磺酸，碱性催化剂为氨水、二乙胺，乙二胺。

所述的用无机的非金属或金属元素改性纳米氧化铝粒子的方法，所述的第二步：异丙醇铝的反应，反应步骤与第一步反应相同，通过调节滴水量调节水解的程度；

所述的第三步：将第一步反应的水解产物加入到第二步反应中，根据需要加入量可控制在摩尔比1：4~20，调整加料比例或加料顺序，生成特定的化学组成和结构；根据需要加入异丙醇，异丙醇的用量在反应物摩尔量的0.80~2.0倍范围内调节；然后移至高温高压反应釜中进行热液反应，根据需要温度控制在180~220 ℃，反应时间40~120h，然后自然降温，得到改性的γ-Al₂ O₃纳米分散液，在热液过程中，醇之间缩合产生水，通过控制反应条件，比如温度或者异丙醇的用量，来调节产生水的速度和数量，由此调节改性的γ-Al₂O₃纳米粒子的形貌和粒径，控制一次粒子的粒径小于10nm，在后续的与聚合物复合的过程中，利用化学结构载流子陷阱之间的电负性相互排斥作用，使其形成平均粒径在40~70纳米的二次纳米分散相结构，且化学结构载流子陷阱在分散相中形成均匀分布。

有益效果：

1.本发明控制氧化复合结构的化学结构，就可以使化学结构载流子陷阱具有适当的电负性，在与聚合物杂化的过程中，利用化学结构载流子陷阱之间的电负性排斥作用，可使改性的纳米氧化铝粒子分散得更加均匀，而且可使化学结构载流子陷阱在纳米分散相中实现均匀分布的结构，因而更加有利于提高其改性后的复合高分子绝缘材料的介电性能。

2.本发明通过控制引入无机的非金属或金属元素的量，可以控制化学结构载流子陷阱的密度，从而可以灵活调节无机纳米氧化铝粒子的化学、物理结构和相应的性能。

3.本发明的固定在一次纳米粒子上的化学结构载流子陷阱的电负性可以通过选择化学反应条件调节，即化学结构载流子之间的电负性排斥作用可以通过选择化学反应条件调节，化学结构载流子的电负性改善了纳米氧化铝粒子与聚合物之间的相容性，而化学结构载流子之间的电负性相互排斥作用进一步减小了纳米氧化铝粒子的团聚倾向，这些都有利于纳米氧化铝粒子在聚合物中分散的更加均匀。