1.本发明属于无机材料领域，尤其涉及一种纳米氧化镁的改性方法。


背景技术：

2.纳米氧化镁是一种新型高功能精细无机材料，产品为白色粉末、无味、无毒，产品粒径小、比表面积大。具有不同于本体材料的光、电、磁、化学特性，具有高硬度、高纯度和高熔点。纳米氧化镁应用广泛，可用于无线电工业高频磁棒天线、磁性装置填料、绝缘材料填料及各种载体；电绝缘体材料、制造坩埚、熔炉、绝缘导管(管状元件)、电极棒材、电极薄板。由于其优秀的绝缘和电气特性，常被用来改善高电压设备的耐电弧性能和绝缘性能。利用纳米氧化镁优秀的电气特性并通过改性的方法降低其表面能，进而提升高电压设备的耐积污与自清洁能力。
3.在地下运行的xlpe中压电缆本体内一般会存在一定的水分，这种电缆经过长期运行后，其电缆绝缘体会受到不同程度的水树劣化。有的电缆经过15-20年的运行，因水树引起的绝缘老化相当严重，难以继续运行，不得不花费巨资予以更新。早在1969年就已发现，xlpe 电缆中的水分在电场的作用下能在xlpe绝缘上生成表层水树，致使绝缘劣化。防止水树侵蚀的最好办法就是去除电缆体内的水分。传统的电缆修复液的有效成分为硅氧烷、脱水异丙醇溶剂和金属钛催化剂。在催化剂的作用下，低粘度电缆修复液中的硅氧烷与水发生聚合反应，生成了新的硅氧基团有机化合物和甲醇。上述聚合反应清除了绝缘体上表层水树中的水分子，阻止了水树的进一步增长。聚合反应中所生成的新的硅氧基团有机化合物是一种胶状物质，其分子体积是水分子的几十倍。随着这种胶状物质的沉积，绝缘表层上的缺陷得到了修补，随着应用场景不断多元化，亟需一种具有自疏水、耐老化的电缆修复液。
4.大量研究表明通过硅烷偶联剂的改性可以提高粒子在基体中的分散性，同时引入低表面能的元素或基团可以有效改性无机粒子以提高其疏水角，如氟元素、硅氧烷基团等。传统利用硅烷偶联剂湿法改性无机粒子的制备流程中需要加入较大比例的水，而纳米氧化镁粉末由于其高反应活性，在没有温度约束的反应条件下极易与水反应生成氢氧化镁从而导致改性失败。而硅烷偶联剂干法改性纳米氧化镁的实验条件严苛，改性成功率过低，无法满足低表面能材料的制备要求。在此前提下，急需寻求一种方法简单、效果良好的硅烷偶联剂改性氧化镁方法。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种改性效果好的纳米氧化镁的改性方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
6.一种纳米氧化镁的改性方法，包括以下步骤：
7.(1)将纳米氧化镁粉末与硅烷偶联剂改性溶液加入具有控温装置的反应器中；
8.(2)控制反应器温度，在搅拌条件下进行改性反应得到改性液；
9.(3)将改性液送到离心装置中进行离心处理得到固体产物，将固体产物返回至上述反应器中，加入洗涤液洗涤，再到离心装置中进行离心处理；
10.(4)重复步骤(3)多次，再于反应器内进行控制干燥，即得到改性的纳米氧化镁。
11.上述改性方法中，优选的，所述硅烷偶联剂改性溶液包括水、无水乙醇和硅烷偶联剂，所述水、无水乙醇和硅烷偶联剂体积比为0.5-1：95-99：3-4。更优选的为体积比为1：99：3。
12.上述改性方法中，优选的，所述硅烷偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或全氟癸基三乙氧基硅烷。更优选的为全氟癸基三乙氧基硅烷。
13.上述改性方法中，优选的，所述纳米氧化镁粉末与硅烷偶联剂改性溶液的质量与体积比为1g：20-22ml。更优选的为1g：20ml。本发明中，水分控制为反应过程的关键控制因素之一，通过水分控制，可以保证纳米氧化镁的改性效果最佳。改变水分用量，会导致改性效果变差。
14.上述改性方法中，优选的，所述改性反应的温度为20-25℃，搅拌速度不低于1200rpm，时间不少于1.5h。本发明中，上述改性反应温度控制可以保证改性效果最佳。改变温度，会导致改性效果变差。
15.上述改性方法中，优选的，所述离心装置的离心速率不低于6000rpm，离心时间不少于 4min。
16.上述改性方法中，优选的，重复步骤(3)至少3次，干燥时控制干燥温度不低于40℃，时间不少于48h。
17.上述改性方法中，优选的，所述洗涤液为无水乙醇。
18.本发明中，纳米氧化镁自身的化学性质及纳米尺度的强反应活性极易发生水合反应，因此常规保存的纳米氧化镁由于吸收空气中的水分其表面已生成一层mgo
·
h2o水合层，而且溶解在溶液中的纳米氧化镁表面将会包覆一层-oh。如图1所示，利用纳米氧化镁表面水合层中的h2o和添加的极少量水，再控制改性温度使硅烷偶联剂水解同时不会与氧化镁发生剧烈反应，水解后的硅烷偶联剂再与-oh发生脱水缩合反应，从而完成对纳米氧化镁的改性。
19.与现有技术相比，本发明的优点在于：
20.本发明克服目前湿法改性氧化镁粉末中的一些不足，通过控制反应温度与含水量，可将氧化镁粉末利用硅烷偶联剂有效改性，显著降低氧化镁粉末的表面能，提高氧化镁的疏水性，将其用于电缆硅烷修复液，可提高电缆硅烷修复液的疏水性。本发明的改性方法具有成本低、工艺简单、操作安全、无污染等优点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明的改性方法的原理示意图。
23.图2为实施例1-2中样品实物图。
24.图3为硅烷偶联剂改性后的氧化镁x射线能谱分析图。
25.图4为实施例3中样品a的疏水角测试图。
26.图5为实施例3中样品b的疏水角测试图。
具体实施方式
27.为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
28.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
29.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
30.实施例1：
31.一种纳米氧化镁的改性方法，包括以下步骤：
32.(1)打开开关阀，通过物料传输导管添加平均粒径80nm的纳米氧化镁粉末5g，通过液体传输导管添加去离子水99ml、无水乙醇1ml，硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(kh-560)3ml，形成混合溶液；
33.(2)将步骤(1)中添加的物料送入带控温装置的反应器中，20℃下进行1500rpm，2h 的搅拌，促进硅烷偶联剂在溶剂中水解，使氧化镁与硅烷偶联剂充分反应；
34.(3)再将反应物料送入离心装置的离心腔，进行离心处理，设定离心转速为8000rpm，时间为5min，分离出未反应的硅烷偶联剂；
35.(4)将步骤(3)中所得离心物取下层沉淀，通过送回反应器，通过注水口加入无水乙醇99ml搅拌后再次送回离心装置处理；
36.(5)复步骤(4)三次，取最后一次离心所得固体物，将其送回反应器，设定环境条件为真空，60℃干燥，48h后得到湿法硅烷偶联剂改性的氧化镁粉末。
37.实施例2：
38.其他步骤与实施例1相同，步骤(1)为将纳米氧化镁粉末5g加入10℃，100ml的去离子水与无水乙醇体积比为1：99的混合溶剂中，加入3ml硅烷偶联剂全氟癸基三乙氧基硅烷混合。
39.图2中从左到右依次为纳米氧化镁粉末、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷改性的纳米氧化镁粉末、全氟癸基三乙氧基硅烷改性的纳米氧化镁粉末。图3中示出了硅烷偶联剂改性后的氧化镁x射线能谱分析图。
40.实施例3：
41.为了更加直观的表现改性后的纳米粒子性能的改变，制备纳米粒子掺杂的硅烷修复，步骤如下：
42.(1)在丙酮中加入1g实施例1得到的改性氧化镁，将其超声分散。同时加入总量为9g 的电缆修复液。
43.(2)将步骤(1)得到的改性氧化镁-丙酮溶液加入电缆修复液中，300rpm转速机械搅拌同时以60℃油浴加热，使其混合均匀并除去丙酮。
44.(3)将步骤(2)所得混合溶液放入真空烘箱进行脱气1h得到样品a。
45.为了对比，直接采用未改性的氧化镁采用上述相同的步骤制备样品b。
46.图4、5中分别示出样品a与样品b的疏水角，由图可知，样品a明显优于样品b。