專利名稱：一種疏水性磷酸鋁的制備方法
技術領域：
本發明屬于含磷酸鹽物料的制備，涉及一種疏水性磷酸鋁的制備方法。特別適用于磷酸鋁粉體表面的疏水改性。采用本發明制備的疏水性磷酸鋁適用作樹脂基復合材料或涂料的填充料。
背景技術：
在塑料、橡膠、膠黏劑等高分子材料工業及復合材料領域中，無機礦物填料占有重要的地位。無機填料的加入不僅可以降低材料的生產成本，還能提高材料的剛性、硬度、尺寸穩定性以及賦予材料某些特殊的物理化學性能，如耐腐 蝕性、阻燃性和絕緣性能等。但是大多無機填料與有機聚合物在物理形態和化學結構上極不相同，兩者親和性差。如果直接填充，會造成分散不均，不僅限制了填充劑在聚合物中的添加量，而且還嚴重影響了制品性能。因此，必須對無機填料進行改性，以改善其表面的物理化學性質，增強它與有機高聚物或樹脂的相容性，提高材料的機械強度，并能減低制品的生產成本。現有技術中，已嘗試對多種無機填料進行表面改性，并取得了較好的成果，例如用硅烷偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑對Al (OH) 3微粉進行表面化學改性，改性后其活化指數可達到100%，呈親油性；用KH-570偶聯劑改性Al2O3無機粉末填充不飽和聚酯樹脂，可獲得噴射動量大、磨削能力強的聚合物/無機粉末復合粒子磨料；用硬脂酸對Mg(OH)2改性，填充于乙烯-醛酸乙烯酯共聚物可獲得分解溫度高，燃燒成炭性好，除酸能力強的無鹵阻燃電纜料。磷酸鋁為白色粉末或白色晶體，在吸附分離、離子交換、無機粘合劑涂膜、陶瓷、涂料、污水處理等領域有重要的應用。它具有耐火度高，耐候性好，無收縮性，強度和耐磨性高等特點，因此廣泛用于建材、耐火材料、化工、航天航空等領域。若將磷酸鋁作為填充改性材料應用于塑料、橡膠和涂料等行業，可提高復合材料耐磨性、耐熱性等。但磷酸鋁屬于極性物質，呈親水疏油性，與有機高聚物之間的極性差異較大，相容性不好，與聚乙烯、有機硅樹脂等極性較弱的物質混合時，在界面上會出現縫隙、孔洞、裂紋等缺陷，當空氣中的水分通過這些缺陷進入時，會引起界面處高聚物降解、脆化，導致材料力學性能下降。另外，磷酸鋁本身易團聚，表面存在較強的親水性羥基，極易吸潮，吸潮后嚴重影響材料的透波性能和力學性能。
發明內容
本發明的目的旨在克服現有技術中的不足，為解決親水疏油的磷酸鋁因不能在樹脂基體中均勻分散，而無法作為填料有效地改善樹脂性能的問題，提供一種疏水性磷酸鋁的制備方法。本發明的內容是一種疏水性磷酸鋁的制備方法，其特征是包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量1% 20%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為50 150°C的條件下攪拌反應20 150min，即制得疏水性磷酸鋁；
所述改性劑是甲基三乙氧基硅烷或聚甲基三乙氧基硅烷。
本發明的內容中所述磷酸鋁較好的是經過機械研磨后粒徑為30 80 μ m的磷酸招。與現有技術相比，本發明具有下列特點和有益效果
(1)采用本發明，甲基三乙氧基硅烷或聚甲基三乙氧基硅烷改性磷酸鋁時，甲基三乙氧基硅烷或聚甲基三乙氧基硅烷通過物理吸附的方式包覆在磷酸鋁粉體表面，使磷酸鋁表面有機化，由親水變為疏水，有效地改善了磷酸鋁粉體的團聚現象，提高了其與樹脂基復合材料的相容性及在非水體系中的分散性，使其結合力、結合強度以及復合材料的力學性質和物理功能都將得到顯著的增強；
(2)采用本發明，制備的改性磷酸鋁(即疏水性磷酸鋁)活化指數大于99%，與水的接觸角大于125° ,達到了疏水水平；
(3)本發明制備的改性磷酸招疏水性能穩定,在室溫條件下放置10 20d或150 350°C高溫燒蝕2h后活化指數仍大于99%，且與水的接觸角大于125° ；
(4)采用本發明，制備的改性磷酸鋁在40°C、濕度為80%的環境下放置7d的吸濕率為O. 32%，而未改性處理粉體下降7d的吸濕率為7. 25% ；
(5)本發明制備的改性磷酸鋁Zeta電位(電動電位或電動電勢)是未改性磷酸鋁粉體的兩倍，說明改性后磷酸鋁粉體粒子間的穩定性提高，團聚現象減弱；
(6)本發明制備條件溫和，工藝簡單，操作方便，制備的改性磷酸鋁可作為樹脂材料的填料，應用于塑料、橡膠、涂料等領域，前景廣闊，實用性強。
具體實施例方式下面給出的實施例擬以對本發明作進一步說明，但不能理解為是對本發明保護范圍的限制，該領域的技術人員根據上述本發明的內容對本發明作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。實施例I :
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，將20g粒徑< 80 μ m的磷酸鋁加入150mL三口燒瓶中，然后將三口瓶置于恒溫油浴中，裝上回流冷凝裝置，之后加熱至150°C，迅速加入1.0 g甲基三乙氧基硅烷，機械攪拌反應20min后，取出樣品于80°C干燥30min，即得改性磷酸鋁(或疏水性磷酸鋁)，其活化指數>99%。改性磷酸鋁的水接觸角為145°，而未改性磷酸鋁與水滴的接觸角幾乎為0°。由此可見，磷酸鋁改性后由親水疏油性轉變為疏水親油性。將等量的改性磷酸鋁與未改性磷酸鋁同置于恒溫恒濕環境中(40°C，80%RH)，記錄各自重量的變化情況，比較它們的吸濕率。未改性磷酸鋁7d的吸濕率為7. 25%，改性磷酸7d的吸濕率為O. 32%，其防潮性能得到大大提高。紅外光譜研究表明改性前后樣品的紅外圖譜并未發生明顯變化，說明甲基三乙氧基硅烷與磷酸鋁表面的基團之間并未發生化學鍵合形成新的化學鍵，而是通過物理吸附的方式包覆在磷酸鋁粉體表面，形成了一層單分子膜，從而使磷酸鋁粉體表面有機化，具有較強的疏水性。實施例2
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，將20g粒徑< 80 μ m的磷酸鋁加入150mL三口燒瓶中，然后將三口瓶置于恒溫油浴中，裝上回流冷凝裝置，之后加熱至150°C，迅速加入1.0 g聚甲基三乙氧基硅烷，機械攪拌反應20min后，取出樣品干燥30min，即得改性磷酸鋁(疏水性磷酸鋁)，其活化指數>99%。改性磷酸鋁的水接觸角為130°。紅外光譜研究表明改性前后樣品的紅外圖譜并未發生明顯變化，說明聚甲基三乙氧基硅烷與磷酸鋁表面的基團之間并未發生化學鍵合形成新的化學鍵，而是通過物理吸附的方式包覆在磷酸鋁粉體表面，形成了一層單分子膜，從而使磷酸鋁粉體表面有機化，具有較強的疏水性。實施例3:
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，將20g粒徑< 80 μ m的磷酸鋁加入150mL三口燒瓶中，然后將三口瓶置于恒溫水浴中，裝上回流冷凝裝置，之后加熱至50°C，迅速加入2. O g甲基三乙氧基硅烷，機械攪拌反應150min后，取出樣品干燥30min，即得疏水性磷酸鋁。實施例4:
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁、取磷酸鋁重量1%的改性劑，將磷酸鋁與改性劑混合、在50°C溫度下攪拌反應(包覆)150min，既得疏水性磷酸鋁。 實施例5:
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁、取磷酸鋁重量20%的改性齊U，將磷酸鋁與改性劑混合、在150°C溫度下攪拌反應20min，既得疏水性磷酸鋁。實施例6:
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量10%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為100°c的條件下攪拌反應80min，即制得疏水性磷酸招;
所述改性劑是甲基三乙氧基硅烷或聚甲基三乙氧基硅烷。實施例7:
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量3%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為60°C的條件下攪拌反應140min，即制得疏水性磷酸鋁；實施例8
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量6%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為90°C的條件下攪拌反應40min，即制得疏水性磷酸鋁；實施例9
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量9%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為100°C的條件下攪拌反應60min，即制得疏水性磷酸鋁；實施例10
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量12%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為110°C的條件下攪拌反應90min，即制得疏水性磷酸鋁；
實施例11
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量15%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為130°C的條件下攪拌反應70min，即制得疏水性磷酸鋁；
實施例12
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量18%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為80°C的條件下攪拌反應130min，即制得疏水性磷酸鋁；
實施例13
一種疏水性磷酸鋁的制備方法，包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量1% 20%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為50 150°C的條件下攪拌反應20 150min，即制得疏水性磷酸鋁；
上述實施例4 12中所述改性劑為甲基三乙氧基硅烷或聚甲基三乙氧基硅烷中的一種；產品生產企業為浙江衢州正邦有機硅有限公司生產銷售的甲基三乙氧基硅烷、聚甲基
三乙氧基硅烷等。
上述實施例4 12中所述磷酸鋁為市售磷酸鋁，經過機械研磨，粒徑較好的為30 80 μ m。(例如成都市科龍化工試劑廠生產銷售的磷酸鋁)。本發明內容及上述實施例中的所述原料，均為現有市售原料，未特別注明的原料組分的用量單位均為與相鄰其它組分相同單位的重量份(可以均是克或千克等)；所采用的百分比例中，未特別注明的，均為重量(質量)百分比例。上述實施例中各步驟中的工藝參數(溫度、時間等)和各組分用量數值等為范圍的，任一點均可適用。上述實施例制得的疏水性磷酸鋁可以用作樹脂基復合材料或涂料的填充材料。本發明內容及上述實施例中未具體敘述的技術內容同現有技術。 本發明不限于上述實施例，本發明內容所述均可實施并具有所述良好效果。
權利要求
1.ー種疏水性磷酸鋁的制備方法，其特征是包括下列步驟取磷酸鋁，取磷酸鋁重量1% 20%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為50 150°C的條件下攪拌反應20 150min,即制得疏水性磷酸鋁； 所述改性劑是甲基三こ氧基硅烷或聚甲基三こ氧基硅烷。
2.按權利要求I所述疏水性磷酸鋁的制備方法，其特征是所述磷酸鋁是經過機械研磨后粒徑為30 80 μ m的磷酸招。
全文摘要
本發明公開了一種疏水性磷酸鋁的制備方法，其特征是包括取磷酸鋁，取磷酸鋁重量1%～20%的改性劑；將磷酸鋁與改性劑混合，在溫度為50～150℃的條件下攪拌反應20～150min，即制得疏水性磷酸鋁；所述改性劑是甲基三乙氧基硅烷或聚甲基三乙氧基硅烷。采用本發明，原料易得，生產工藝易于實施，制得的疏水性磷酸鋁的活化指數大于99%、與水的接觸角大于125°，特別適用作樹脂基復合材料或涂料的填充材料，應用于塑料、橡膠、涂料等領域，前景廣闊，實用性強。
文檔編號C09C1/40GK102675927SQ201210143750
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者王秋入, 雷永林, 霍冀川 申請人:西南科技大學