CN103833378B - 一种碳化硅微粉的表面改性方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种碳化硅微粉的表面改性方法，使用两种改性剂对碳化硅微粉进行两步干法改性，具体步骤如下：首先配置硅烷偶联剂乙醇溶液和水溶性聚合物水溶液；其次将碳化硅微粉在30~70℃下预热20~60min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到高速搅拌的碳化硅微粉中，然后在110~150℃下搅拌干燥0.5~3h；其次将预热到30~80℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到高速搅拌的碳化硅微粉中，然后在110~150℃下搅拌干燥0.5~3h，得到表面改性的碳化硅微粉。本发明针对碳化硅微粉进行干法改性，能有效地解决碳化硅微粉的分散性问题，有效地提高碳化硅微粉造粒的均匀性和得粉率。

Description

一种碳化硅微粉的表面改性方法

技术领域

本发明涉及一种碳化硅微粉的处理方法，特别涉及一种碳化硅微粉表面改性的方法。

背景技术

碳化硅陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热稳定性佳、热膨胀系数小、热导率大、硬度高以及耐化学腐蚀等优良特性。因此，已经在许多领域大显身手，并日益受到人们的重视。对于碳化硅陶瓷，制备均匀稳定分散的粉体是成功烧结的关键。但是，由于碳化硅微粉粒径小、表面能高、易引起团聚，形成二次粒子，使超细粉体的优势难以发挥，最终影响成品的优异性能。

因此，有必要对碳化硅微粉进行表面改性，使其具有良好的分散性，在后续的喷雾干燥中不会团聚，能够制备出粒度均匀、形状规则的颗粒。表面改性有湿法和干法两种。湿法改性存在能耗大、颗粒分散性不好，生产周期长、劳动强度大、产品稳定性差等缺点。采用干法改性碳化硅微粉，具有环保、节能、包覆均匀、生产效率高、易于连续生产的优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种方法更合理，能提高碳化硅微粉在造粒过程中的分散性能的碳化硅微粉的表面改性方法。

本发明所要解决的技术问题通过以下的技术方案来实现的，本发明公开了一种碳化硅微粉的表面改性方法，其特点是，其步骤如下：

（1）配置两种改性剂溶液：一种是由硅烷偶联剂与乙醇混合得到质量浓度为5~30%的硅烷偶联剂乙醇溶液；

其中硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；

另一种是由水溶性聚合物与水混合得到质量浓度为5~30%的水溶性聚合物水溶液；

其中水溶性聚合物为聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯亚胺、羧甲基纤维素中的一种或几种；

（2）对碳化硅微粉进行干法改性：首先将碳化硅微粉在30~70℃下预热20~60min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到搅拌的碳化硅微粉中，并在110~150℃下搅拌干燥0.5~3h，得到初步改性的碳化硅微粉；然后将预热到30~80℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到搅拌的初步改性的碳化硅微粉中，在110~150℃下搅拌干燥0.5~3h，得到成品表面改性碳化硅微粉；其中硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的0.5~3%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的0.5~3%。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，所述碳化硅微粉的表面改性方法中，步骤（1）中所述的硅烷偶联剂由质量比为1~3:1~3:1的甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合而成。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，所述碳化硅微粉的表面改性方法中，步骤（1）中所述的硅烷偶联剂由质量比为1:2~4的N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷和 γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷混合而成。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，所述碳化硅微粉的表面改性方法中，步骤（1）中所述的水溶性聚合物由质量比为1:1~3的聚丙烯酸酯和聚乙烯亚胺混合而成。

本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，所述碳化硅微粉的表面改性方法中，步骤（1）中所述的硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1~2%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1~2%。

本发明针对碳化硅微粉进行表面改性，能有效地解决碳化硅微粉的分散性问题，经过干法表面改性后，碳化硅微粉的分散性能大大提高。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

（1）采用两步改性方法，首先用硅烷偶联剂改性，能在碳化硅粒子表面接枝有机基团，使得聚合物改性剂能更好的包覆在碳化硅表面，提高包覆的效率；

（2）后采用的改性剂为水溶性聚合物，而且采用低分子量的聚合物，不会导致粘度太大而结块，能够有效的包覆在碳化硅的表面；

（3）用聚合物对碳化硅微粉的表面改性后，可以减少造粒过程中的粘结剂等添加的使用量，节约了成本；

（4）采用干法改性技术具有环保、节能、包覆均匀、生产效率高、易于连续生产的优点。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明进行说明，以下实施方式仅用于说明本发明，而不用于限制本发明所要求保护的范围。

实施例1，一种碳化硅微粉的表面改性方法，其步骤如下：

（1）配置两种改性剂溶液：一种是由硅烷偶联剂与乙醇混合得到质量浓度为5~30%的硅烷偶联剂乙醇溶液；

其中硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种；

另一种是由水溶性聚合物与水混合得到质量浓度为5~30%的水溶性聚合物水溶液；

其中水溶性聚合物为聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯亚胺、羧甲基纤维素中的一种或几种；

（2）对碳化硅微粉进行干法改性：首先将碳化硅微粉在30~70℃下预热20~60min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到搅拌的碳化硅微粉中，并在110~150℃下搅拌干燥0.5~3h，得到初步改性的碳化硅微粉；然后将预热到30~80℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到搅拌的初步改性的碳化硅微粉中，在110~150℃下搅拌干燥0.5~3h，得到成品表面改性碳化硅微粉；其中硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的0.5~3%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的0.5~3%。

实施例2，实施例1所述的碳化硅微粉的表面改性方法中，步骤（1）中所述的硅烷偶联剂由质量比为1~3:1~3:1的甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷混合而成，优选甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为2:2:1。

实施例3，实施例1所述的碳化硅微粉的表面改性方法中，步骤（1）中所述的硅烷偶联剂由质量比为1:2~4的N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷和 γ-(2,3-环氧丙氧) 丙基三甲氧基硅烷混合而成，优选质量比为1:3。

实施例4，实施例1所述的碳化硅微粉的表面改性方法中，步骤（1）中所述的水溶性聚合物由质量比为1:1~3的聚丙烯酸酯和聚乙烯亚胺混合而成，优选质量比为1:2。

实施例5，实施例1-4所述的碳化硅微粉的表面改性方法中，步骤（1）中所述的硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1~2%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1~2%。

实施例6，一种碳化硅微粉的表面改性方法，其步骤如下：

（1）配置两种改性剂溶液：一种是由硅烷偶联剂与乙醇混合得到质量浓度为6%的硅烷偶联剂乙醇溶液；其中硅烷偶联剂为甲基三乙氧基硅烷；

另一种是由水溶性聚合物与水混合得到质量浓度为5%的水溶性聚合物水溶液；其中水溶性聚合物为聚乙二醇，分子量为400；

（2）对碳化硅微粉进行干法改性：首先将碳化硅微粉在30℃下预热20min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到高速搅拌的碳化硅微粉中，并在110℃下搅拌干燥0.5h，得到初步改性的碳化硅微粉；然后将预热到30℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到搅拌的初步改性的碳化硅微粉中，在110℃下搅拌干燥3h，得到成品表面改性碳化硅微粉；其中硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的0.5%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1%。

实施例7，一种碳化硅微粉的表面改性方法，其步骤如下：

（1）配置两种改性剂溶液：一种是由硅烷偶联剂与乙醇混合得到质量浓度为10%的硅烷偶联剂乙醇溶液；其中硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷；

另一种是由水溶性聚合物与水混合得到质量浓度为5%的水溶性聚合物水溶液；其中水溶性聚合物为聚丙烯酰胺；

（2）对碳化硅微粉进行干法改性：首先将碳化硅微粉在45℃下预热30min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到高速搅拌的碳化硅微粉中，并在115℃下搅拌干燥0.5h，得到初步改性的碳化硅微粉；然后将预热到50℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到搅拌的初步改性的碳化硅微粉中，在110℃下搅拌干燥1h，得到成品表面改性碳化硅微粉；其中硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1%。

实施例8，一种碳化硅微粉的表面改性方法，其步骤如下：

（1）配置两种改性剂溶液：一种是由硅烷偶联剂与乙醇混合得到质量浓度为15%的硅烷偶联剂乙醇溶液；其中硅烷偶联剂为N-（β-氨乙基）-γ-氨丙基三甲（乙）氧基硅烷；

另一种是由水溶性聚合物与水混合得到质量浓度为5%的水溶性聚合物水溶液；其中水溶性聚合物为由质量比为1:1的聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺混合而成；

（2）对碳化硅微粉进行干法改性：首先将碳化硅微粉在60℃下预热35min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到高速搅拌的碳化硅微粉中，并在110℃下搅拌干燥1h，得到初步改性的碳化硅微粉；然后将预热到30℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到搅拌的初步改性的碳化硅微粉中，在130℃下搅拌干燥3h，得到成品表面改性碳化硅微粉；其中硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的2%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1.5%。

实施例9，一种碳化硅微粉的表面改性方法，其步骤如下：

（1）配置两种改性剂溶液：一种是由硅烷偶联剂与乙醇混合得到质量浓度为20%的硅烷偶联剂乙醇溶液；其中硅烷偶联剂为由质量比为1:1的甲基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷混合而成；

另一种是由水溶性聚合物与水混合得到质量浓度为30%的水溶性聚合物水溶液；其中水溶性聚合物为聚乙烯亚胺；

（2）对碳化硅微粉进行干法改性：首先将碳化硅微粉在70℃下预热20min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到高速搅拌的碳化硅微粉中，并在110℃下搅拌干燥2h，得到初步改性的碳化硅微粉；然后将预热到30℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到搅拌的初步改性的碳化硅微粉中，在110℃下搅拌干燥1h，得到成品表面改性碳化硅微粉；其中硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的3%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1%。

实施例10，一种碳化硅微粉的表面改性方法，其步骤如下：

（1）配置两种改性剂溶液：一种是由硅烷偶联剂与乙醇混合得到质量浓度为30%的硅烷偶联剂乙醇溶液；其中硅烷偶联剂为γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷；

另一种是由水溶性聚合物与水混合得到质量浓度为5%的水溶性聚合物水溶液；其中水溶性聚合物为羧甲基纤维素；

（2）对碳化硅微粉进行干法改性：首先将碳化硅微粉在60℃下预热20min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到高速搅拌的碳化硅微粉中，并在150℃下搅拌干燥0.5h，得到初步改性的碳化硅微粉；然后将预热到50℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到搅拌的初步改性的碳化硅微粉中，在110℃下搅拌干燥1h，得到成品表面改性碳化硅微粉；其中硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的0.5%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的3%。

Zeta电位在一定程度上往往能对颗粒的分散稳定性有所体现。Zeta电位是反映颗粒表面胶体特性的一个重要参数，近年来大家也采用Zeta电位作为评判粉体在水中分散稳定性的标准。SiC悬浮液的分散性和流动性与其Zeta电位值有很大的关系，当体系中Zeta电位绝对值高时，颗粒的双电层表现为最大排斥力，使得颗粒在体系中分散，使悬浮体保持较高的稳定性。当颗粒的Zeta电位等于零时，悬浮液中的颗粒表面不带电荷，此时颗粒间的吸引力大于双电层之间的排斥力，易发生团聚而沉降。因此,悬浮液中悬浮粒子Zeta电位可以表征粒子在水中分散性能的好坏。

将实施例6、7、8、9和10改性后得到的碳化硅微粉与未加改性剂的样品进行Zeta电位比较，得到如表1中所示的结果。

表1：

Claims (1)

1.一种碳化硅微粉的表面改性方法，其特征在于：其步骤如下：

（1）配置两种改性剂溶液：一种是由硅烷偶联剂与乙醇混合得到质量浓度为20%的硅烷偶联剂乙醇溶液；其中硅烷偶联剂为由质量比为1:1的甲基三乙氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷混合而成；

另一种是由水溶性聚合物与水混合得到质量浓度为30%的水溶性聚合物水溶液；其中水溶性聚合物为聚乙烯亚胺；

（2）对碳化硅微粉进行干法改性：首先将碳化硅微粉在70℃下预热20min，将硅烷偶联剂乙醇溶液以雾状形式喷到高速搅拌的碳化硅微粉中，并在110℃下搅拌干燥2h，得到初步改性的碳化硅微粉；然后将预热到30℃的聚合物水溶液以雾状形式喷到搅拌的初步改性的碳化硅微粉中，在110℃下搅拌干燥1h，得到成品表面改性碳化硅微粉；其中硅烷偶联剂乙醇溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的3%，水溶性聚合物水溶液中溶质的质量占碳化硅微粉质量的1%。