纳米功能粒子物体表面固着法制造技术

本发明专利技术公开了一种以聚合物溶液处理物体表面后，用偶联剂将聚合物与纳米功能粒子化学键合，或偶联剂与聚合物分子缠绕结合，从而使纳米功能粒子均匀而牢固地富集于聚合物表层的方法，该方法能使纳米功能粒子均匀富集于物体的表面，其固着力强，不易脱落，使纳米功能粒子的作用得到了充分的发挥。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米科学
本专利技术尤其涉及一种将纳米功能粒子固着在物体表面上的方法。
技术介绍
一些纳米功能粒子因为量子尺寸、小尺寸效应，表面效应，宏观量子隧道效应等，赋予了纳米微粒特殊的物理和化学特性，具有与普通大尺寸物质所不同的奇特功能，这些功能主要包括热学功能、电磁功能、光学功能、力学功能、声学功能及相应的光、电、磁、热及机械能的转换功能以及生物学功能和其他特种功能等，而这些功能又往往是原物质所不具有的。将纳米功能粒子固着在物体上，使该物质也具有纳米粒子相应的功能，目前通常采用以下两种方法一种是把将纳米功能粒子分散于聚合物中，然后再将其涂覆于物体表面；另一种是对物体表面改性处理后，实行电荷吸附。如化学工艺出版社 纳米材料与应用技术丛书《纳米纤维》中所列举的紫外线、抗菌和远红外线纤维的制备。以上两种方法均存在不足之处。前者由于是将纳米功能粒子直接分散于聚合物中的，因此纳米功能粒子会受到聚合物强度的限制而无法做到大剂量添加，从而很难发挥纳米功能粒子的相应作用，而且还因纳米功能粒子不能富集于聚合物表面而造成纳米功能粒子的浪费及功能的丧失。后者因属于物理吸附，其受PH值的影响大，且物理吸附还极易脱附及受到吸附饱和的限制。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术中纳米功能粒子固着于物体时存在的缺陷，提供一种以聚合物溶液处理物体表面后，用偶联剂将聚合物与纳米功能粒子化学键合，或偶联剂与聚合物分子缠绕结合，从而使纳米功能粒子均匀而牢固地富集于聚合物表层的方法。该固着方法能够充分发挥纳米功能粒子的相应作用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下纳米功能粒子物体表面固着法，其特征在于包括如下工艺步骤A、将聚合物与聚合物溶剂稀释或溶解后，再将该溶液喷涂、刷涂或浸涂于物体表面；B、将纳米功能粒子用偶联剂进行包覆处理；C、将步骤B所述的纳米功能粒子放入分散液充分搅拌均匀，直至形成液态胶体；D、将经步骤A处理过的物体浸没入步骤C所述的液态胶体中，升温至35～280℃，优选为100～130℃后，浸泡15～300分钟，优选为60～120分钟，取出固化即可。所述的聚合物溶剂为聚合物的0.05～1000倍。所述的物体为无机物时，其表面要进行与聚合物有较好相溶性和粘结性的改性处理。所述的聚合物溶剂与纳米功能粒子的分散液相溶时，该溶液在≤280℃时与聚合物不相溶。所述的纳米功能粒子表面偶联剂活性基团的作用未被纳米粒子分散液削弱，且此分散液的沸点为35～280℃，优选为100～160℃。所述的偶联剂选用与对应的纳米功能粒子和聚合物相溶的类别，如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、叠氮硅烷偶联剂、有机铬类偶联剂、锆类偶联剂等。本专利技术的优点在于1、纳米功能粒子在物体表面的固着力强，不易脱落；2、纳米功能粒子在物体表面富集均匀；3、纳米功能粒子经偶联剂能与浸涂于物体表面上的聚合物分子化学键合或缠绕结合，且较大剂量地固着于物体表面，其功能作用充分发挥；4、由于纳米粒子的微小尺寸，因此赋予了物体表面细致、光滑；5、本专利技术操作简单，无需特殊设计，在第一层功能膜达不到使用目的时，可重复操作二层或三层。下面列举两类最具代表性的偶联剂，以说明其在作为聚合物材料化学助剂时的作用机理。一、硅烷偶联剂通式为R-SiX3，R为乙烯基、环氧基、胺基、甲基丙烯酸酯基和巯基等有机基团。X为甲氧基、乙氧基和氯等能够水解的原子或基团。起偶联作用时，X首先水解形成硅醇、然后再与无机纳米粒子表面上的羟基反应。例如偶联剂的R基团可与聚合物反应，形成化学键，反应情形随R的性质和树脂种类而异。例如 其他的羟基树脂、环氧树脂均能发生类似反应。通过上述反应，硅烷偶联剂将亲和性差的两种物质连接起来。二、钛酸酯偶联剂钛酸酯偶联剂有几种类型，总的来说基料分子中有六种功能部位。12 3 4 5 6R-O-Ti-(O-X-R-Y)n功能部位1与无机填料表面的羟基反应，形成偶联剂的单分子层，因此起了化学偶联的作用。功能部位2能发生各种类型的酯转化反应，使钛酸酯、聚合物、无机粒子发生交联。功能部位3的-O-X-为与钛原子连接的原子团，也称粘合基团。这些基团有烷氧基、羟基、硫酰氧基、磷氧基、亚磷酰氧及焦磷酰氧基等。各种不同的基团具有不同作用。功能部位4为钛酸酯中长碳链部分，它的作用是包装与聚合物的缠绕作用和可混溶(容)性。功能部位5是钛酸酯酸进行交联的官能团，有不饱和双键、氨基、羟基等，可与树脂发生交联。功能部位6是整体钛酸酯的官能度，由它的多少来控制交联度。各种钛酸酯的偶联作用可表示如下(1)单烷氧基型 (2)单烷氧基磷酸酯及焦磷酸酯型 (3)螯合型 (4)配位体型式中Ti位中心原子，L为配位体，一般为6个。另外，其他如叠氮硅烷偶联剂、有机铬类偶联剂、锆类偶联剂等不再一一列举。按本专利技术所述的方法生产的功能材料，其适用范围非常广泛。如消毒杀菌、防臭、除臭纤维；远红外纤维；抗紫外线纤维；医用器件消毒杀菌；交通工具挡风玻璃抗紫外线处理及表面漆抗紫外线和防老化处理；物体表面自洁膜；磁性材料；静电屏蔽等。具体实施例方式实施例1纳米功能粒子织物表面固着法，其特征在于包括如下工艺步骤A、将500克织物浸涂上用去离子水稀释500倍的水溶性聚乙烯醇树脂200克；B、将包覆了0.8克偶联剂的光催化型无机抗菌防臭剂、纳米二氧化钛、纳米氧化锌系列粒子160克加入到15000克的200#汽油中，充分搅拌分散均匀形成胶体；C、将经步骤A处理后的织物浸没于步骤B所述的胶体中，用蒸汽加热至120℃，染浴120分钟后取出。经电子显微镜观察，纳米功能粒子已与纤维表面层的聚乙烯醇树脂均匀结合，并富集于表面。实施例2纳米功能粒子金属块表面固着法，其特征在于包括如下工艺步骤A、将0.5平方米的金属块进行表面改性处理后，再喷涂上经四氯化碳稀释3～4倍后的聚氨酯树脂80克；B、将包覆了0.9克偶联剂的纳米铁氧体吸波微粒180克加入到1500克去离子水中，充分搅拌分散均匀形成胶体；C、将已喷涂上聚氨酯树脂的金属块浸没入上述胶体中加热至100℃，90分钟后取出。经电子显微镜观察，铁氧体吸波微粒已均匀结合于金属块表层的聚氨酯表面。实施例3纳米功能粒子玻璃表面固着法，其特征在于包括如下工艺步骤A、将50克聚酯树脂用丙酮稀释3～4倍后均匀喷涂于0.5平方米的玻璃上；B、将150克包覆了0.75克偶联剂的纳米二氧化钛、氧化锌、三氧化二铝系列紫外线屏蔽剂加入20000克去离子水中，充分搅拌均匀，形成胶体；C、将经步骤A处理后的玻璃浸没于上述胶体中，升温至100℃，60分钟后取出。经电子显微镜观察，紫外线屏蔽剂已均匀地富集于玻璃的表面层。权利要求1.纳米功能粒子物体表面固着法，其特征在于包括如下工艺步骤A、将聚合物与聚合物溶剂稀释或溶解后，再将该溶液喷涂、刷涂或浸涂于物体表面；B、将纳米功能粒子用偶联剂进行包覆处理；C、将步骤B所述的纳米功能粒子放入分散液充分搅拌均匀，直至形成液态胶体；D、将经步骤A处理过的物体浸没入步骤C所述的液态胶体中，升温至35～280℃后，浸泡15～300分钟，取出固化即可。2.如权利要求1所述的纳米功能粒子物体表面固着法，其特征在于所述的聚合物溶剂为聚合物的0.05～1000倍。3.如权利要求1所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
纳米功能粒子物体表面固着法，其特征在于包括如下工艺步骤：　　　　Ａ、将聚合物与聚合物溶剂稀释或溶解后，再将该溶液喷涂、刷涂或浸涂于物体表面；　　　　Ｂ、将纳米功能粒子用偶联剂进行包覆处理；　　　　Ｃ、将步骤Ｂ所述的纳米功能粒子放入分散液充分搅拌均匀，直至形成液态胶体；　　　　Ｄ、将经步骤Ａ处理过的物体浸没入步骤Ｃ所述的液态胶体中，升温至３５～２８０℃后，浸泡１５～３００分钟，取出固化即可。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗浩南，
申请(专利权)人：罗浩南，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]