一種納米有機鈦聚合物的機械力化學制備方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于納米材料制備【技術領域】，涉及的是一種納米有機鈦前驅體聚合物的機械力化學制備方法及裝置。所述方法包括以下步驟：1)將氫化鈦粉末在密閉式行星球磨機中進行預磨處理，所述預磨處理研磨時間為6h，預磨處理后的超細鈦粉平均粒徑為0.164μm；2)在固液球磨反應裝置中將步驟1)處理得到的所述超細鈦粉與其它組合物共混，所述共混物包括用于合成納米有機鈦前驅體聚合物的高分子材料、溶劑載體、化學助劑等，并加入不銹鋼或氧化鋯磨球，加入量為研磨罐容積的一半，密封球磨罐；3)將步驟2)加入共混組合物的球磨裝置在超聲波輔助條件下進行固液反應球磨，制備納米有機鈦前驅體聚合物。
【專利說明】一種納米有機鈦聚合物的機械力化學制備方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備【技術領域】，涉及的是一種納米有機鈦前驅體聚合物的機械力化學制備方法及其裝置。
【背景技術】
[0002]納米科技不僅是信息技術、生物技術等領域飛躍發(fā)展的推動力，而且因其具有獨特的物理、化學、生物特性，也為涂料這一傳統(tǒng)工業(yè)的發(fā)展提供了新的機遇。納米復合涂料是由納米材料與有機或無機材料復合配制加工而成的，在涂料中加入納米材料，如納米TiO2, Fe203> SiO2等作為功能性填料，可以顯著提高涂料的機械強度、流變特性、防腐性能、抗老化和耐候性能等。納米復合涂料因其優(yōu)良的耐蝕性、耐候性、抗污染性、抗菌性及符合當代環(huán)保要求，因此可作為特種涂料，成為21世紀最有前途的新型涂料品種。目前，納米復合材料的主要制備方法有:原位形成法、沉積法、模板合成法、離子注入法、輻射化學法、光照化學法、直接分散法、高能球磨法等，其中高能球磨法具有操作簡單、易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點。
[0003]現(xiàn)階段能投入實際應用的真正意義上的納米復合涂料極少，因為納米粒子在涂料中的穩(wěn)定性、分散性以及納米粒子在涂料中的作用如何評價等都需要深入研究。以下各因素制約了國內外納米涂料的開發(fā)和應用:(1)納米粒子在涂料中的分散問題；(2)納米粒子在涂料中的穩(wěn)定問題；(3)納米材料在涂料中的配比問題。由于納米粒子的分散穩(wěn)定性與防腐涂料各種性能有著密切關系，因此無機納米粒子在高分子聚合物中的界面相容性以及分散穩(wěn)定性是目前納米復合涂料研究的熱點問題之一。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明采用超聲波固液球磨反應技術制備納米有機鈦前驅體聚合物，所采用的技術路線是利用機械力與超聲波的耦合作用來制備納米有機鈦前驅體聚合物。在機械力與超聲波的共同作用下，不僅可以使微米級氫化鈦粉細化至納米尺寸、高分子聚合物發(fā)生斷鏈，同時還完成了表面的化學接枝改性，從而解決鈦納米粒子在高分子聚合物中的界面相容性以及分散穩(wěn)定性問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種納米有機鈦前驅體聚合物的機械力化學制備方法，包括以下步驟:
[0006]I)將氫化鈦粉末在密閉式行星球磨機中進行預磨處理，所述預磨處理研磨時間為6h,預磨處理后的超細鈦粉平均粒徑為0.164 μ m。
[0007]2)在固液球磨反應裝置中將步驟I)處理得到的所述超細鈦粉與其它組合物共混，溶劑載體、化學助劑等，并加入不銹鋼或氧化鋯磨球，加入量為研磨罐容積的一半，密封球磨罐。
[0008]3)將步驟2)加入共混組合物的球磨裝置在超聲波輔助條件下進行固液反應球磨，制備納米有機鈦前驅體聚合物。[0009]其中，高能球磨機可以通過市售的方式得到，本發(fā)明選用了經(jīng)長沙天創(chuàng)粉末技術有限公司生產(chǎn)的TC-50-D200L型球磨機。
[0010]超聲選用上海依肯機械設備有限公司的超聲波發(fā)生器及配套的能量轉換器。固液反應球磨中超聲頻率為40KHz、超聲功率在1500W。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟2)中的納米有機鈦前驅體聚合物中的高分子材料，選自環(huán)氧、聚氨酯、聚脲、聚酰胺酰亞胺等基體樹脂中的任一種。
[0012]本發(fā)明還提供了一種納米有機鈦前驅體聚合物的機械力化學制備方法所使用的超聲波固液球磨反應裝置，包括:固液球磨反應裝置、超聲波發(fā)生器、能量轉換器，其中，所述超聲波發(fā)生器及能量轉換器均設置在所述固液球磨反應裝置的外底部，用于對所述固液球磨反應裝置內的合成物質提供超聲波環(huán)境。
[0013]本發(fā)明所述的聚合物制備工藝技術完全改變了傳統(tǒng)的單純固液球磨工藝，使球磨時間從原來的30h縮短至現(xiàn)在的6h，優(yōu)化了材料的制備過程，節(jié)省了能耗，降低了生產(chǎn)成本。超聲波具有降低納米粒子表面能的作用，使產(chǎn)物在球磨過程，在超聲波的輔助作用下，納米粒子的細化更加快速、均勻，從而解決了納米粒子在細化過程中發(fā)生團聚的問題。
[0014]通過本發(fā)明所述的工藝方法制備得到的前驅體聚合物，可用于合成或改性其它種聚合物基體材料，也可單獨用于制備特種涂料或不同用途的高性能防腐涂料，還可與其它樹脂復配制備新型復合材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1預處理后的氫化鈦粉粒度分析。
[0016]圖2為原料和超聲球磨30h樣品的XRD。
[0017]圖3為超聲球磨前的原料IR光譜。
[0018]圖4行星球磨30h樣品的IR光譜。
[0019]圖5超聲球磨30h樣品的IR光譜。
[0020]圖6超聲球磨30h樣品的TEM形貌。
[0021]圖7為本發(fā)明所提的超聲波固液球磨反應器的結構示意圖。
[0022]附圖中，各標號所代表的結構如下:
[0023]1、超聲波發(fā)生器，2、能量轉換器，3、球磨罐或筒，4、傳動軸，5、調速電機，6、水平支架，7、垂直支架，8、密封法蘭，9、水冷，10、攪拌桿，11、固定支座。
【具體實施方式】
[0024]以下對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0025]實施例
[0026]1.將50質量份的工業(yè)氫化鈦粉(300目TiH2，含量≥99.5%，中南鈦粉高科有限公司)和50質量份的有機溶劑(MIBK)加入到密閉式的球磨機中預磨6h，預磨氫化鈦粉的平均粒徑達到0.164 μ m。
[0027]2.將20質量份(按100%固含量計)的預磨氫化鈦粉、20份128環(huán)氧樹脂(岳陽石化出品)、20份丁酮(市售)、20份NMP (市售)、10份TAZ-ND-1納米材料分散劑(南京天行新材料有限公司)、5份液體丁晴橡膠(市售)、3份鈦酸酯偶聯(lián)劑(市售)、2份硅烷偶聯(lián)劑(市售)，依次加入超聲球磨罐中，然后加入約1000mL有機溶劑(MIBK)，最后再加入直徑約為5mm、10mm、15mm的混合磨球(混配體積比6: 3:1),球料質量比為50:1~100: I，密封球磨罐。
[0028]3.超聲波固液球磨反應器的技術參數(shù)設置如下:
[0029](I)超聲波頻率:40KHz ；
[0030](2)超聲波強度:1.13ff/cm3
[0031](3)超聲波功率:1500W ；
[0032](4 )轉速:≥ 235r/min ；
[0033](5)最大裝料量:球磨罐容積的2/3。
[0034]4.啟動超聲波固液球磨反應裝置,運行5h停止,得到黑色游泥狀的產(chǎn)物。球磨過程中每隔一定時間取一次樣，用于后續(xù)的分析與檢測。
[0035]在一個具體的實施方式中，如圖7所示，一種納米有機鈦前驅體聚合物的機械力化學制備方法所使用的超聲波固液球磨反應裝置包括:超聲波發(fā)生器1，能量轉換器2，球磨罐或筒3，傳動軸4，調速電機5，水平支架6，垂直支架7，密封法蘭8，水冷9，攪拌桿10，固定支座11。其中，球磨罐或筒3，傳動軸4，調速電機5，密封法蘭8，水冷9，攪拌桿10，共同組成了固液球磨反應裝置。水平支架6，垂直支架7，固定支座11共同組成了支撐結構。超聲波發(fā)生器1，能量轉換器2均設置在固液球磨反應裝置的外底部，用于對所述固液球磨反應裝置中的納米有機鈦前驅體聚合物的合成反應提供超聲波環(huán)境。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的最佳實施方式，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種納米有機鈦前驅體聚合物的機械力化學制備方法，包括以下步驟: 1)將氫化鈦粉末在密閉式行星球磨機中進行預磨處理，所述預磨處理研磨時間為6h，預磨處理后的超細鈦粉平均粒徑為0.164 μ m ; 2)在固液球磨反應裝置中將步驟I)處理得到的所述超細鈦粉與其它組合物共混，溶劑載體、化學助劑等，并加入不銹鋼或氧化鋯磨球，加入量為研磨罐容積的一半，密封球磨te ； 3)將步驟2)加入共混組合物的球磨裝置在超聲波輔助條件下進行固液反應球磨，制備納米有機鈦前驅體聚合物。
2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟2)中的納米有機鈦前驅體聚合物中的高分子材料選自環(huán)氧、聚氨酯、聚脲、聚酰胺酰亞胺基體樹脂中的任意一種。
3.—種納米有機鈦前驅體聚合物的機械化學制備方法所使用的超聲波固液球磨反應裝置，包括固液球磨反應裝置、超聲波發(fā)生器、能量轉換器，其中，所述超聲波發(fā)生器及能量轉換器均設置在所述固液球磨反應裝置的外底部，用于對所述固液球磨反應裝置內的合成物質提供超聲波 環(huán)境。
【文檔編號】C09C1/62GK103865299SQ201410063389
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年2月24日 優(yōu)先權日:2014年2月24日
【發(fā)明者】陳鼎, 張馳, 卞直兵, 戴海雄 申請人:江蘇金陵特種涂料有限公司