專利名稱：聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法
技術領域：
本發明涉及一種以聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法，屬于膠體化學領域。
背景技術：
濕法成型是制備陶瓷的一種重要成型工藝，如凝膠澆注成型、注漿成型、流延成型、注射成型等。這些成型方法對陶瓷漿料的流動性和分散性要求較高，其中用于凝膠澆注成型和流延成型的陶瓷漿料，要求其固含量應該盡可能的高，但是，前提條件是保證漿料的流動性，以便澆注和漿料的轉移。另一方面，為了促進陶瓷的燒結和降低燒結溫度，研究工作者們普遍使用納米級的陶瓷粉體。而納米陶瓷粉體的分散是較為困難的。如用于制備透明陶瓷的氧化鋁粉體，最著名的是法國的CR10。在未改性的情況下，漿料的體積分數只能達到45vol % ；同樣用于制備透明陶瓷的納米氧化釔粉體，漿料的體積分數只能達到46vol %。而僅僅依靠分散劑的作用無法提高納米粉體的分散性及制備高固含量的陶瓷漿料。·
發明內容
為解決超細陶瓷粉體難于分散的問題，本發明提出了一種以聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法，提高超細陶瓷粉體的分散性，制備流動性好、固含量較高的陶瓷漿料。該方法是將超細陶瓷粉體分散于有機溶劑中，并加入聚氨酯。通過物理吸附和化學吸附的方式，使聚氨酯在陶瓷粉體顆粒表面得到吸附。加入固化劑后，聚氨酯在粉體顆粒表面形成有機膜層，從而達到改性的目的。具體過程如下1，將陶瓷粉體分散于有機溶劑中，加入聚氨酯，并使漿料充分混合。為使粉體易于分散，可加入分散劑。所述陶瓷粉體包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷及其復合陶瓷。所述聚氨酯可為單組分聚氨酯或雙組分聚氨酯；可以為水性聚氨酯、非水性聚氨酯或改性的聚氨酯；也可以為聚氨酯預聚體或異氰酸酯。所述聚氨酯加入量為粉體重量的O. I % 10%,較適宜為O. I 5%,最適宜為O. 5% 5%。所述有機溶劑為乙醇或丙酮等易揮發的有機溶劑。所述混合可以通過球磨、砂磨、回流或攪拌等方式。混合時間不小于30分鐘。所述分散劑為檸檬酸、聚乙烯亞胺、多元醇、聚丙烯酸及其共聚物。較適宜為梓檬酸、聚乙烯亞胺、聚丙烯酸及其共聚物。最適宜為檸檬酸、聚丙烯酸及其共聚物。所述的分散劑加入量為粉體重量的O. 1% 3%。最適宜為0. 1% 1%。2，將混合均勻的陶瓷漿料導入燒杯中，進行攪拌，并加入固化劑或者雙組分聚氨酯的另一組分，也可加入擴鏈劑和交聯劑。所述擴鏈劑可選用低分子的二醇或二胺。所述交聯劑可選用三羥甲基丙烷或季戊四醇。3，漿料攪拌至少I小時后，對漿料進行干燥處理。
根據聚氨酯的種類，單組分聚氨酯包裹時，氮化鋁漿料可以直接進行干燥或抽濾后再進行干燥；雙組分聚氨酯包裹時，可在分散后的氮化鋁漿料中加入另一聚氨酯組分，繼續攪拌，直到兩組分聚氨酯完全反應，再進行干燥。干燥溫度一般為60V 80°C。重復上述過程可對氮化鋁進行多次的聚氨酯包裹，以提高陶瓷粉體的分散性。經過聚氨酯包裹的陶瓷粉體可適用于水基和非水基的成型方法制備氮化鋁陶瓷，成型方法包括流延成型、凝膠澆注成型、注漿成型、注射成型和干壓成型。
本發明的突出優點是經過聚氨酯包裹改性的超細陶瓷粉體具有良好的分散性；水基和非水基的陶瓷漿料的流動性有明顯提高，適于制備較高固含量的陶瓷漿料；陶瓷粉體顆粒表面包裹層為有機物，通過煅燒可完全去除，不引入雜質，不會影響陶瓷的燒結性能；聚氨酯無毒副作用；工藝過程簡單、易操作。
圖I為聚氨酯改性的超細氧化鋁漿料的流變曲線。剪切增稠位置大幅度后移，說明改性后漿料的流動性明顯提高。圖2為聚氨酯改性的超細氧化釔鋁漿料的流變曲線。說明改性后漿料的流動性明顯提聞。
具體實施例方式下面結合實例進一步說明本發明的創新點而非限制本說明。實例I將氧化鋁粉體150g (平均粒徑0. 18 μ m)，乙醇IOOml加入到球磨罐中，球磨10分鐘，得到氧化鋁漿料。取單組分聚氨酯(CCW-525)4. 5g加入到氧化鋁漿料中，繼續球磨I小時。將氧化鋁漿料倒入托盤中，在烘箱中干燥至少12小時至完全干燥，溫度為70°C。實例2將氧化鋁粉體150g (平均粒徑0. 18 μ m)，乙醇IOOml加入到球磨罐中，球磨10分鐘，得到氧化鋁漿料。取雙組分聚氨酯(HY-010)的A組分3g加入到氮化鋁漿料中，繼續球磨I小時。將氧化鋁漿料倒入燒杯中，一邊攪拌一邊加入雙組分聚氨酯的B組分I. 5g。繼續攪拌I小時。漿料抽慮后在烘箱中干燥至少12小時至完全干燥，溫度為70°C。實例3將氧化釔粉體150g (平均粒徑0. 12 μ m)、乙醇IOOml加入到球磨罐中，球磨10分鐘，得到氧化釔漿料。取多元醇改性的單組分聚氨酯4. 5g加入到氧化釔漿料中，繼續球磨I小時。將氧化釔漿料倒入托盤中，在烘箱中干燥至少12小時至完全干燥，溫度為70°C。實例4將氧化鋯粉體150g (平均粒徑0. 3 μ m)、乙醇IOOml加入到球磨罐中，球磨10分鐘，得到氧化鋯漿料。取多元醇改性的單組分聚氨酯4. 5g加入到氧化鋯漿料中，繼續球磨I小時。將氧化鋯漿料倒入托盤中，在烘箱中干燥至少12小時至完全干燥，溫度為70°C。實例5
將氧化乾粉體150g (平均粒徑0. 12 μ m)、乙醇IOOml加入到球磨罐中，球磨10分鐘，得到氧化釔漿料。取異氰酸酯4. 5g加入到氧化釔漿料中，繼續球磨I小時。將氧化釔漿料倒入托盤中，在烘箱中干燥至少12小時至完全干燥，溫度為70°C。實例6 將氧化鋁粉體150g (平均粒徑0. 12 μ m)、乙醇IOOml加入到球磨罐中，球磨10分鐘，得到氧化釔漿料。取聚醚多元醇(603)4. 5g加入到氧化鋁漿料中，繼續球磨I小時。將氧化鋁漿料倒入托盤中，在烘箱中干燥至少12小時至完全干燥，溫度為70°C。
權利要求
1.聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法，其特征在于包括下述步驟 (1)將陶瓷粉體分散于有機溶劑中，加入聚氨酯，并使漿料充分混合。為使粉體易于分散，可加入分散劑， 所述陶瓷粉體包括氧化物陶瓷、氮化物陶瓷及其復合陶瓷。
所述聚氨酯可為單組分聚氨酯或雙組分聚氨酯；可以為水性聚氨酯、非水性聚氨酯或改性的聚氨酯；也可以為聚氨酯預聚體或異氰酸酯。
所述聚氨酯加入量為粉體重量的O. 1% 10%,較適宜為O. I 5%,最適宜為O. 5% 5%。
(2)將混合均勻的陶瓷漿料導入燒杯中，進行攪拌，并加入固化劑或者雙組分聚氨酯的另一組分，也可加入擴鏈劑和交聯劑。
所述混合可以通過球磨、砂磨、回流或攪拌等方式。混合時間不小于30分鐘。
所述分散劑為檸檬酸、聚乙烯亞胺、多元醇、聚丙烯酸及其共聚物。較適宜為檸檬酸、聚乙烯亞胺、聚丙烯酸及其共聚物。最適宜為檸檬酸、聚丙烯酸及其共聚物。
所述的分散劑加入量為粉體重量的O. 1% 3%。最適宜為0. 1% 1%。
所述擴鏈劑可選用低分子的二醇或二胺。
所述交聯劑可選用三羥甲基丙烷或季戊四醇。
(3)漿料攪拌至少I小時后，對漿料進行干燥處理。
2.按權利要求I所述的聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法，其特征在于所述有機溶劑為乙醇或丙酮等易揮發的有機溶劑。
3.按權利要求I所述的聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法，其特征在于根據聚氨酯的種類，單組分聚氨酯包裹時，氮化鋁漿料可以直接進行干燥或抽濾后再進行干燥.雙組分聚氨酯包裹時，可在分散后的氮化鋁漿料中加入另一聚氨酯組分，繼續攪拌，直到兩組分聚氨酯完全反應，再進行干燥。
4.按權利要求I所述的聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法，其特征在于干燥溫度一般為60°C 80°C。
5.按權利要求I所述的聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法，其特征在于在步驟(3)后重復上述步驟(I)到(3)。
全文摘要
本發明涉及一種以聚氨酯包裹改性超細陶瓷粉體的方法。其特征在于通過聚氨酯在陶瓷粉體表面的物理吸附和化學吸附的方式，實現聚氨酯在陶瓷粉體表面的富集，加入固化劑后，可在陶瓷粉體表面形成較為牢固的有機薄膜層，達到表面改性的目的。聚氨酯的加入量為陶瓷粉體重量的0.2％～1％。固化劑加入量為聚氨酯重量的2％～50％。該方法的突出特點是經過表面改性的陶瓷粉體分散性得到提高，并可以制備高固含量的陶瓷漿料；聚氨酯無毒副作用；聚氨酯可通過煅燒的方式去除，無雜質殘留，不影響陶瓷的燒結。
文檔編號C04B35/628GK102910914SQ20111023213
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者董滿江, 薛劍峰 申請人:中國科學院上海硅酸鹽研究所