專利名稱：一種能與聚乙烯復合制備納米電介質的納米Fe₃O₄粉的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米Fe3O4粉的制備方法。
背景技術：
納米電介質，作為絕緣材料逐步替代傳統(tǒng)絕緣材料已成為研究和開發(fā)高性能絕緣電介質的必然發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)的微米級復合物基電介質材料相比，納米電介質中納米粒子比表面積大、活性高且易于與基體高聚物之間形成龐大的界面區(qū)、產生相互作用力強的復雜界面結構，因此會從不同方面、在不同程度上改善電介質的電性能。目前，多數利用納米技術對聚合物基絕緣電介質的電、熱、機械等性能進行改性，并已取得一定成效。納米電介質在電氣絕緣領域的應用主要集中在以下幾個方面:1.高壓旋轉電機絕緣。納米電介質可以縮小電機尺寸、提高電機運行可靠性、降低成本，且納米電介質良好的耐電暈老化性能和導熱性能，能夠延長電機絕緣壽命；2.高壓擠出電纜絕緣。納米電介質在抑制空間電荷積累、降低介電常數、提高擊穿性能等方面效果明顯，能提高電纜運行電壓等級和可靠性；
3.中低壓擠出電纜絕緣。納米電介質具有優(yōu)異的耐水和耐環(huán)境老化性能；4.電容器絕緣。以納米電介質作為電容器的絕緣介質，可以相對提高其儲能密度(應用超大介電常數的納米電介質)和電容器耐壓等級以及降低交流電カ電容器的損耗等；5.模塑高壓組件及其附件用絕緣介質。納米電介質的使用能提高電カ設備的綜合性能和可靠性。隨著納米電介質研究的深入以及電カエ業(yè)的需求，納米電介質未來發(fā)展趨勢可分為以下幾個階段:1.初級階段(目前)，以無機納米顆粒摻雜制備可同時提高電、熱和機械性能的納米電介質材料，主要用于漆包絕緣、電氣分級、電磁屏蔽；2.中級階段，以ー維或ニ維納米填料摻雜制備具有各向異性熱導率的納米電介質，主要用于電纜和高電壓電機絕緣；3.高級階段，以超分子組裝法制備納米電介質材料，主要用于超級電容器、電致伸縮材料、傳感器、智能自適應電介質材料等。低密度聚こ烯(LDPE)以其優(yōu)良的介電和機械性能被廣泛應用于高壓電カ電纜中，它也是電氣絕緣領域應用最廣泛的聚合物材料之一。無機納米粒子改性聚こ烯(PE)制得的納米電介質可以在提高其熱、機械、阻燃、耐環(huán)境老化性能的同時，顯著改善其介電性能，如提高擊穿場強、增強耐電樹枝老化和耐局部放電能力、抑制空間電荷積累等，這對改善絕緣材料性能具有十分重要的意義，由此LDPE基納米復合電介質的研究開始受到國內外學者的廣泛關注。納米電介質的發(fā)展，目前仍處于以無機納米顆粒摻雜制備可同時提高電、熱和機械性能的納米電介質材料為主的初級階段。PE基納米電介質的研究也不例外，仍停留在以金屬氧化物(MO)體系為主的無機納米粒子對其進行改性階段。由于這些常用的MO粒子，如蒙脫土(MMT)、TiO2, MgO, ZnO, SiO2, BaTiO3^ Al2O3等，不能使PE基納米電介質材料呈現明顯的各向異性，因而對PE基納米電介質材料的研究也只能停留在電、熱、力學性能綜合研究階段。如何打破這ー僵局，利于納米離子鍍特殊性能賦予納米電介質明顯的各向異性性能，推動對其的研究向更高層次發(fā)展，成為一個值得大家思考的問題。Fe3O4納米粒子，作為ー種特殊的MO粒子，同時具有納米粒子的小尺寸效應和特殊磁性能，將其與LDPE復合制得納米電介質可能會使該納米電介質具有磁性，利于實現各向異性性能。但納米MO粒子本身比表面積很大，具有特殊的表面性質，如:納米粒子處于高能狀態(tài)，體系具有很大的表面Gibbs自由能，為熱力學不穩(wěn)定體系，能自發(fā)地團聚、氧化或表面吸附以減少表面不穩(wěn)定的原子數，降低體系的能量。所以，盡管納米粒子的合成方法很多，但未經表面處理之前的納米粒子具有相容性差、易團聚、壽命短等缺點。如=Fe3O4磁性納米粒子在未經表面處理之前相容性差、易團聚，因此必須對其表面進行特殊修飾，以改善其相容性、分散穩(wěn)定性和生物相容性。

發(fā)明內容
本發(fā)明是要解決目前因Fe3O4磁性納米粒子在未經表面處理之前相容性差、易團聚，無法與聚こ烯復合制備納米電介質的問題，而提供ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法。一種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，具體是按照以下步驟制備的:一、按重量份數稱取9份 11份FeS04、10份 25份FeCl3、I份 3份表面修飾劑和25份 40份飽和氨水；ニ、將步驟一稱取的FeSO4溶于蒸餾水中得到FeSO4溶液，FeCl3溶于蒸餾水中得到FeCl3溶液，其中，FeSO4溶液中FeSO4與蒸餾水的重量比為1:f 3，FeCl3溶液中FeCl3與蒸餾水的重量比為I 3，再將FeSO4溶液與FeCl3溶液混合均勻得到混合溶液；三、在攪拌條件下，將步驟ニ得到的混合溶液加入到步驟ー稱取的飽和氨水中，然后升溫至60°C 80°C，再加入步驟ー稱取的表面修飾劑，保溫30mirT60min，得到粒徑為15nm",20nm的納米Fe3O4預制體；`四、將步驟三得到的納米Fe3O4預制體真空抽濾，然后用溫度為60°C 90°C的蒸餾水清洗2飛次，再經真空干燥，得到一種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉。上述納米Fe3O4粉與聚こ烯復合制備納米電介質的方法，具體是按照以下步驟制備的:A、將權利要求1制備的納米Fe3O4粉與聚こ烯預混，然后加入雙螺桿擠出機中，在溫度為155°C 165°C條件下共混0.8h 1.2h,控制螺桿扭矩為55r/min 65r/min,取出、造粒，得到復合物顆粒；B、將步驟A得到的復合物顆粒在平板硫化機上熱壓成膜，控制溫度為1200C 140°C，壓強為9MPa llMPa，熱壓時間為19mirT21min，得到厚度為0.1mm 0.2mm的聚こ烯/Fe3O4納米復合薄膜，即為納米電介質。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明精確控制制備的納米Fe3O4粉的粒徑，并選擇合適的表面修飾劑對其表面進行修飾，使其表面包覆有能與聚こ烯具有良好相容性的特殊官能團，同時該表面修飾劑還可以起到抑制納米級Fe3O4粉團聚成塊、精確控制納米級Fe3O4粉粒徑的作用，進而可以通過將其與聚こ烯復合制得納米復合電介質，以期該納米復合電介質能在改善LDPE基體熱、機械、阻燃、耐環(huán)境老化、介電性能的同時，又具有納米四氧化三鐵粒子的順磁性、可以通過外加磁場賦予該納米復合電介質各向異性性能、實現對其宏觀性能的調控。本發(fā)明用于制備能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉。


圖1為實施例一制備的納米Fe3O4粉的透射電鏡圖；圖2為未經表面修飾的納米Fe3O4粉的透射電鏡圖；圖3為實施例一制備的納米Fe3O4粉和未經表面修飾的納米Fe3O4粉的XRD譜圖，其中“a”代表實施例一制備的納米Fe3O4粉，“b”代表未經表面修飾的納米Fe3O4粉；圖4為實施例一制備的納米Fe3O4粉和未經表面修飾的納米Fe3O4粉的紅外光譜圖，其中“a”代表實施例一制備的納米Fe3O4粉，“b”代表未經表面修飾的納米Fe3O4粉；圖5為實施例一制備的納米Fe3O4粉和未經表面修飾的納米Fe3O4粉的室溫磁化曲線圖，其中“a”代表本實施例制備的納米Fe3O4粉，“b”代表未經表面修飾的納米Fe3O4粉；

圖6為實施例一制備的納米Fe3O4粉與聚こ烯復合制備的納米電介質的掃描電鏡圖。
具體實施例方式本發(fā)明技術方案不局限于以下所列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施方式
之間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式一種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，具體是按照以下步驟制備的:一、按重量份數稱取9份 11份FeS04、10份 25份FeCl3、I份 3份表面修飾劑和25份 40份飽和氨水；ニ、將步驟一稱取的FeSO4溶于蒸餾水中得到FeSO4溶液，FeCl3溶于蒸餾水中得到FeCl3溶液，其中，FeSO4溶液中FeSO4與蒸餾水的重量比為1:f 3，FeCl3溶液中FeCl3與蒸餾水的重量比為I 3，再將FeSO4溶液與FeCl3溶液混合均勻得到混合溶液；三、在攪拌條件下，將步驟ニ得到的混合溶液加入到步驟ー稱取的飽和氨水中，然后升溫至60°C 80°C，再加入步驟ー稱取的表面修飾劑，保溫30mirT60min，得到粒徑為15nm",20nm的納米Fe3O4預制體；四、將步驟三得到的納米Fe3O4預制體真空抽濾，然后用溫度為60°C 90°C的蒸餾水清洗2飛次，再經真空干燥，得到一種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉。本實施方式精確控制制備的納米Fe3O4粉的粒徑，并選擇合適的表面修飾劑對其表面進行修飾，使其表面包覆有能與聚こ烯具有良好相容性的特殊官能團，同時該表面修飾劑還可以起到抑制納米級Fe3O4粉團聚成塊、精確控制納米級Fe3O4粉粒徑的作用，進而可以通過將其與聚こ烯復合制得納米復合電介質，以期該納米復合電介質能在改善LDPE基體熱、機械、阻燃、耐環(huán)境老化、介電性能的同時，又具有納米四氧化三鐵粒子的順磁性、可以通過外加磁場賦予該納米復合電介質各向異性性能、實現對其宏觀性能的調控。
具體實施方式
ニ:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟一中表面修飾劑為壬基酚聚氧こ烯醚。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一或ニ不同的是:步驟三中攪拌速度為200r/min"500r/min。其它與具體實施方式
一或二相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是:步驟三中升溫至65°C 75°C。其它與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一至四之一不同的是:步驟三中保溫40min"50min。其它與具體實施方式
一至四之一相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的是:步驟四中蒸懼水的溫度為70°C 80°C。其它與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是:步驟四中納米Fe3O4粉的粒徑為8nnTl2nm。其它與具體實施方式
一至六之一相同。
具體實施方式
八:本實施方式利用具體實施方式
一制備的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的應用為該納米Fe3O4粉用于與聚こ烯復合制備納米電介質。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
八不同的是該納米Fe3O4粉與聚こ烯復合制備納米電介質的方法，具體是按照以下步驟制備的:A、將權利要求1制備的納米Fe3O4粉與聚こ烯預混，然后加入雙螺桿擠出機中，在溫度為155°C 165°C條件下共混0.8h 1.2h,控制螺桿扭矩為55r/min 65r/min,取出、造粒，得到復合物顆粒；B、將步驟A得到的復合物顆粒在平板硫化機上熱壓成膜，控制溫度為1200C 140°C，壓強為9MPa llMPa，熱壓時間為19mirT21min，得到厚度為0.1mm 0.2mm的聚こ烯/Fe3O4納米復合薄膜，即為納米電介質。其它與具體實施方式
八相同。采用以下實施 例驗證本發(fā)明的有益效果:實施例一:本實施例一種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，具體是按照以下步驟制備的:一、按重量份數稱取10份FeS04、20份FeCl3、3份表面修飾劑和30份飽和氨水；ニ、將步驟一稱取的FeSO4溶于蒸餾水中得到FeSO4溶液，FeCl3溶于蒸餾水中得到FeCl3溶液，其中，FeSO4溶液中FeSO4與蒸餾水的重量比為1:2，FeCl3溶液中FeCl3與蒸餾水的重量比為1:2，再將FeSO4溶液與FeCl3溶液混合均勻得到混合溶液；三、在攪拌條件下，將步驟ニ得到的混合溶液加入到步驟ー稱取的飽和氨水中，然后升溫至80°C,再加入步驟ー稱取的表面修飾劑,保溫60min,得到粒徑為20nm的納米Fe3O4預制體；四、將步驟三得到的納米Fe3O4預制體真空抽濾，然后用溫度為80°C的蒸餾水清洗3次，再經真空干燥，得到一種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉。本實施例步驟一中表面修飾劑為壬基酚聚氧こ烯醚，步驟三中攪拌速度為300r/min0上述納米Fe3O4粉與聚こ烯復合制備納米電介質的方法，具體是按照以下步驟制備的:A、將權利要求1制備的納米Fe3O4粉與聚こ烯預混，然后加入雙螺桿擠出機中，在溫度為160°C條件下共混lh，控制螺桿扭矩為60r/min，取出、造粒，得到復合物顆粒；B、將步驟A得到的復合物顆粒在平板硫化機上熱壓成膜，控制溫度為130°C，壓強為lOMPa，熱壓時間為20min，得到厚度為0.2mm的聚乙烯/Fe3O4納米復合薄膜，即為納米電介質。其中，聚乙烯/Fe3O4納米復合薄膜中納米Fe3O4粉的含量為lwt%。本實施例制備的納米Fe3O4粉的透射電鏡圖如圖1所示，未經表面修飾的納米Fe3O4粉的透射電鏡圖如圖2所示，本實施例制備的納米Fe3O4粉和未經表面修飾的納米Fe3O4粉的XRD譜圖如圖3所示，其中“a”代表本實施例制備的納米Fe3O4粉，“b”代表未經表面修飾的納米Fe3O4粉，本實施例制備的納米Fe3O4粉和未經表面修飾的納米Fe3O4粉的紅外光譜圖如圖4所示，其中“a”代表本實施例制備的納米Fe3O4粉，“b”代表未經表面修飾的納米Fe3O4粉，本實施例制備的納米Fe3O4粉和未經表面修飾的納米Fe3O4粉的室溫磁化曲線圖如圖5所示，其中“ a”代表本實施例制備的納米Fe3O4粉，“b”代表未經表面修飾的納米Fe3O4粉，本實施例制備的納米Fe3O4粉與聚乙烯復合制備的納米電介質的掃描電鏡圖如圖6所示。由透射電鏡圖和XRD譜圖的結果共同說明，所制備的納米Fe3O4粉均為反尖晶石型結構的納米Fe3O4,平均粒徑分別為1lnm和12nm，且表面修飾后的粉的粒徑分布均勻性更好；FT-1R測定表明，未經表面修飾的納米Fe3O4粉只有ー個Fe-O特征峰，該粉確為包含所用表面修飾劑的特征基團的納米Fe3O4粉，可以確定為目標產物；磁性進行測定表明，兩種粉均無剩磁和矯頑カ，說明均具有超順磁性，其飽和磁化強度也均為57emu/g，說明用該表面修飾劑制備的表面修飾納米Fe3O4粉在未影響納米Fe3O4粒徑和飽和磁化強度的前提下達到對其進行表面修飾、引入與LDPE相容性良好的活性基團和精確控制納米Fe3O4粒徑(1lnm左右)、抑制其團聚的雙重目的。
權利要求
1.一種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法,其特征在于該納米Fe3O4粉的制備方法，具體是按照以下步驟制備的: 一、按重量份數稱取9份 11份FeS04、10份 25份FeCl3、I份 3份表面修飾劑和25份 40份飽和氨水； ニ、將步驟一稱取的FeSO4溶于蒸餾水中得到FeSO4溶液，FeCl3溶于蒸餾水中得到FeCl3溶液，其中，FeSO4溶液中FeSO4與蒸餾水的重量比為1:f 3，FeCl3溶液中FeCl3與蒸餾水的重量比為I 3，再將FeSO4溶液與FeCl3溶液混合均勻得到混合溶液； 三、在攪拌條件下，將步驟ニ得到的混合溶液加入到步驟ー稱取的飽和氨水中，然后升溫至60°C 80°C，再加入步驟ー稱取的表面修飾劑，保溫30mirT60min，得到粒徑為15nm 20nm的納米Fe3O4預制體； 四、將步驟三得到的納米Fe3O4預制體真空抽濾，然后用溫度為60°C 90°C的蒸餾水清洗2飛次，再經真空干燥，得到一種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉。
2.根據權利要求1所述的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，其特征在于步驟一中表面修飾劑為壬基酚聚氧こ烯醚。
3.根據權利要求2所述的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，其特征在于步驟三中攪拌速度為200r/mirT500r/min。
4.根據權利要求3所述的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，其特征在于步驟三中升溫至65°C 75°C。
5.根據權利要求4所述的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，其特征在于步驟三中保溫40min 50min。
6.根據權利要求 5所述的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，其特征在于步驟四中蒸餾水的溫度為70V 80°C。
7.根據權利要求5所述的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，其特征在于步驟四中納米Fe3O4粉的粒徑為8nnTl2nm。
8.權利要求1制備的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的應用，其特征在于該納米Fe3O4粉用于與聚こ烯復合制備納米電介質。
9.根據權利要求8所述的ー種能與聚こ烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的應用，其特征在于該納米Fe3O4粉與聚こ烯復合制備納米電介質的方法，具體是按照以下步驟制備的: A、將權利要求1制備的納米Fe3O4粉與聚こ烯預混，然后加入雙螺桿擠出機中，在溫度為155°C 165°C條件下共混0.8h l.2h，控制螺桿扭矩為55r/mirT65r/min，取出、造粒，得到復合物顆粒； B、將步驟A得到的復合物顆粒在平板硫化機上熱壓成膜，控制溫度為120°C 140°C，壓強為9MPa llMPa，熱壓時間為19mirT21min，得到厚度為0.1mm 0.2mm的聚こ烯/Fe3O4納米復合薄膜，即為納米電介質。
全文摘要
一種能與聚乙烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉的制備方法，本發(fā)明涉及納米Fe3O4粉的制備方法。本發(fā)明是要解決目前因Fe3O4磁性納米粒子在未經表面處理之前相容性差、易團聚，無法與聚乙烯復合制備納米電介質的問題。方法一、稱取；二、制得混合溶液；三、制備納米Fe3O4預制體；四、制得納米Fe3O4粉。本發(fā)明精確控制制備的納米Fe3O4粉的粒徑，并選擇合適的表面修飾劑對其表面進行修飾，使其表面包覆有能與聚乙烯具有良好相容性的特殊官能團，同時該表面修飾劑還可以起到抑制納米級Fe3O4粉團聚成塊、精確控制納米級Fe3O4粉粒徑的作用。本發(fā)明用于制備能與聚乙烯復合制備納米電介質的納米Fe3O4粉。
文檔編號C08K3/22GK103112904SQ201310058669
公開日2013年5月22日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權日2013年2月25日
發(fā)明者張冬, 宋偉, 孫志, 韓柏, 何麗娟, 王暄, 蔣強, 張穎, 雷清泉 申請人:哈爾濱理工大學