一种表面疏水改性的纳米氧化铁的制备方法

技术领域

本发明属于超疏水材料制备技术领域，尤其涉及一种超疏水氧化铁粉末的制备方法。

背景技术

纳米氧化铁由于具有良好的耐温、耐光、磁性等性能，且对紫外光具有强吸收和屏蔽效应，广泛应用于汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、粉末涂料及塑料、尼龙、橡胶、油墨、催化剂及生物医学等领域。然而，纳米氧化铁具有高极性、高比表面积及高比表面能，在实际应用中极易团聚，不利于其在有机溶剂中的润湿和分散，大大限制了纳米效应的发挥。因此需要对其表面改性，来提高纳米氧化铁的作用。

现有疏水氧化铁材料的获取，都是经过高温热反应直接得到修饰的氧化铁，不利于大批量生产、反应繁琐且具有污染性。为有效改善商品氧化铁极性太高，应用范围窄的不足，如分散能力和亲和力，亟需绿色环保、且能高效并大批量处理氧化铁的工艺技术。目前已经报道了一些超疏水粉末涂料的制备方法，如聚合法、微相分离法等，但大多数方法要么所用原材料成本高，要么配方及工艺复杂，要么使用原料对环境有污染，因而制约了超疏水粉末涂料的规模化生产和应用。

鉴于超疏水氧化铁粉末涂料除了具备优异的防水性、自清洁性、防污性、抗腐蚀性外，还具有无毒、无味等一系列优点，因而应用前景非常广阔，由此可见，发明一种制备工艺简单可控、成本低廉、对环境无污染而又易于产业化的方法制备超疏水氧化铁粉末涂料是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米级氧化铁的生产工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。本发明工艺方法简单可控、成本低廉、对环境无污染而又易于产业化，有效改善了纳米氧化铁在有机介质中的分散性和亲和力，同时具有绿色、环保且溶剂易于回收等优点。

本发明的技术方案如下：

一种表面疏水改性的纳米氧化铁的制备方法，包括以下步骤：

(1)将纳米氧化铁加入溶剂中，搅拌均匀(优选1h)，再加入3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)，搅拌混匀，在60～80℃下反应2～3h，得到悬浊液，用无水乙醇洗涤，抽滤，干燥，研磨，得到KH550接枝改性的纳米氧化铁；

(2)将KH550接枝改性的纳米氧化铁、月桂酸加入到二氯甲烷中，搅拌反应0.5～2h(优选1h)，随后抽滤，干燥，研磨，得到表面疏水改性的纳米氧化铁。

进一步，上述制备方法中，

纳米氧化铁的粒径为20～50nm；

溶剂为无水甲醇或无水乙醇；

纳米氧化铁加入溶剂中所得混合液的浓度为2～20g/100mL；

3-氨丙基三乙氧基硅烷与纳米氧化铁的质量比为1：10～50；

月桂酸与纳米氧化铁的质量比为1：25～100。

本发明的技术原理包括：

本发明方法用偶联剂KH550一次改性纳米氧化铁后，接入了氨基；然后加了月桂酸，氨基与羧基反应，引入长链烷基，增长了烷基链，使纳米氧化铁达到了亲油疏水的效果。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种对纳米氧化铁表面疏水改性的方法，以无水醇及二氯甲烷作为分散剂，纳米氧化铁可以较好分散于有机介质中，同时分散剂易于回收利用，该体系可改善改性剂KH550和月桂酸的溶解度，促进改性过程，操作更简便，工艺高效且绿色环保。

附图说明

图1为表面疏水改性的纳米氧化铁的红外分析谱图。

图2为表面疏水改性的纳米氧化铁的水接触角。

图3为表面疏水改性的纳米氧化铁在白油中的分散情况。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步描述本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

以下实施例中，纳米氧化铁购自毕德医药，CAS号1307-37-1，标准纯度99％AR。

实施例1：

将50g纳米氧化铁加入250mL无水乙醇，搅拌分散1h，配置纳米氧化铁的醇溶液；在纳米氧化铁的醇溶液中加入1gKH550，搅拌均匀，在80℃的温度下反应2h，得到悬浊液；用无水乙醇洗涤，抽滤，干燥研磨得到KH550接枝改性的纳米氧化铁；将40g改性后的纳米氧化铁，1.6g月桂酸，加入到150mL二氯甲烷中，搅拌1h；抽滤并干燥后，研磨均匀，得到34.6g产品，将所得产品进行红外表征，并进行耐水性能测试以及在显微镜下观察其在白油中的分散情况。

实施例2：

将50g纳米氧化铁加入250mL无水乙醇，搅拌分散1h，配置纳米氧化铁的醇溶液；在纳米氧化铁的醇溶液中加入2gKH550，搅拌均匀，在80℃的温度下反应2h，得到悬浊液；用无水乙醇洗涤，抽滤，干燥研磨得到KH550接枝改性的纳米氧化铁；将40g改性后的纳米氧化铁，1.6g月桂酸，加入到150mL二氯甲烷中，搅拌1h；抽滤并干燥后，研磨均匀，得到35.2g产品，将所得产品进行红外表征，并进行耐水性能测试以及在显微镜下观察其在白油中的分散情况。

实施例3：

将50g纳米氧化铁加入250mL无水乙醇，搅拌分散1h，配置纳米氧化铁的醇溶液；在纳米氧化铁的醇溶液中加入3gKH550，搅拌均匀，在80℃的温度下反应2h，得到悬浊液；用无水乙醇洗涤，抽滤，干燥研磨得到KH550接枝改性的纳米氧化铁；将40g改性后的纳米氧化铁，1.6g月桂酸，加入到150mL二氯甲烷中，搅拌1h；抽滤并干燥后，研磨均匀，得到35.4g产品，将所得产品进行红外表征，并进行耐水性能测试以及在显微镜下观察其在白油中的分散情况。

实施例4：

将50g纳米氧化铁加入250mL无水乙醇，搅拌分散1h，配置纳米氧化铁的醇溶液；在纳米氧化铁的醇溶液中加入4gKH550，搅拌均匀，在80℃的温度下反应2h，得到悬浊液；用无水乙醇洗涤，抽滤，干燥研磨得到KH550接枝改性的纳米氧化铁；将40g改性后的纳米氧化铁，1.6g月桂酸，加入到150mL二氯甲烷中，搅拌1h；抽滤并干燥后，研磨均匀，得到34.8g产品，将所得产品进行红外表征，并进行耐水性能测试以及在显微镜下观察其在白油中的分散情况。

改性氧化铁表面红外分析：称取一定量产品，进行红外分析表面基团，结果如图1。

A,B,C分别是实施例3中氧化铁，KH550改性氧化铁，月桂酸二次改性接枝氧化铁的红外分析谱图。从图中可以看出：A明显是氧化铁的红外谱图，3379cm

性能测试：产品的耐水性能测试结果如图2。

从图2可知，本发明实施例1-4的接触角，分别为91°，112°，128°，113°。对比其他三例，可知本发明的产品实施例3工艺方法最优，具有显著的疏水性能。

在图3中观察氧化铁在白油中分散情况(左边为80X，右边为100X)。图3的第一行实施例1的显微镜观察图可以看出纳米氧化铁整体在白油中较为分散，但有少量团聚。实施例2中，纳米氧化铁分散较好，也是有极少量团聚的现象。实施例3中可以看出纳米氧化铁在白油中基本不发生团聚，分散较好。实施例4中也出现了纳米氧化铁少量团聚现象。由以上对比可知，实施例3的方法工艺较优，可以基本上阻止纳米氧化铁团聚，并让纳米氧化铁在白油中分散均匀。

本发明所提供的表面疏水改性氧化铁是采用醇作为溶剂，利用KH550一次改性，再使用月桂酸二次修饰对纳米氧化铁进行表面改性处理，从而改变氧化铁的表面极性，使颗粒表面疏水，同时可以有效改善氧化铁在有机介质中的分散稳定性，以充分改善应用性能，具有很好的实用性和经济性。

以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范国内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。