[發明專利]經表面改性的半凝膠

無效

• 申請號: 201010222679.0
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN102031034A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: G·G·林德納;H·D·克里斯汀
• 申請（專利權）人: 贏創德固賽有限公司
• 主分類號: C09D7/12
• 分類號: C09D7/12;C08K9/06;C08K3/36;C08L83/04;D21H19/00;C09C1/28;C09C3/12
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 宓霞

技術領域

本發明涉及新的經表面改性的半凝膠、其制備方法及其用途。

背景技術

基于SiO₂的無機氧化物由于其制備方法和其性能而分為熱解法二氧化硅(二氧化硅氣凝膠)、沉淀法二氧化硅、硅溶膠、硅膠(硅凝膠)和半凝膠。

在硅膠中區分為水凝膠、氣凝膠和干凝膠。水凝膠(Hydrogele)-或也稱為水凝膠(Aquagele)在水中制備，因此其孔隙填充有水。干凝膠是從中去除水后的水凝膠。氣凝膠是從中除去液體從而使得凝膠結構僅發生最小改變并且在很大程度上保持孔體積的干凝膠。

硅膠很久以來就已知(Iler，“Chemistry?of?Silica”，第462頁及后續頁，1979)。它們在這樣的條件下制備，該條件促進初級粒子(平均粒子尺寸為1至10nm)共同生長，從而與沉淀法或熱解法二氧化硅相對照形成相對硬的三維網絡。因此，硅膠粒子清楚地區別于沉淀法二氧化硅粒子。

本領域技術人員熟知硅膠的制備，參見例如US?4,097,303、DE?4132?230、EP?0?384?226。其中在低溫、低pH和高濃度下將硅酸鈉和硫酸快速并連續地彼此混合，以形成水溶膠，其又在短時間后凝縮為水凝膠。另選地，膠凝化也可以在堿性條件下進行(參見例如GB1,219,877、GB?1,279,250、WO?9825?851或EP?0?588?497)。EP?0?765764中提出了其它另選方法。

將形成的水凝膠破碎成相對小的塊，并洗滌以除去可溶鹽和雜質。在洗滌循環期間，通過改變pH值(例如添加堿，例如氨)、溫度和時間來調節水凝膠的孔結構。本領域技術人員熟知該實施方式。實例見于例如EP?0?384?226或WO?00002814。

洗滌循環之后，將經洗滌的水凝膠通過熱手段干燥，以形成硅膠或干凝膠。干燥的類型和方式對硅膠的孔體積有顯著影響。在快速干燥的情況下可以在最大程度上保持孔體積，在緩慢干燥的情況下孔體積變小。最后，可以將硅膠粉碎或研磨為特定粒子尺寸和粒子尺寸分布。

熱解法二氧化硅與硅膠的區別在于：熱解法二氧化硅由初級粒子的聚集體構成，而硅膠具有初級粒子的三維網絡。所述結構差異由制備方法決定。關于熱解法二氧化硅的結構的詳細信息見于Kirk-Othmers?Encyclopedia?of?Chemistry，第776頁。

沉淀法二氧化硅具有另外不同的結構，其特征除了在于聚集體，還尤其在于附聚物。它們通過所謂“濕法”來獲得，其中將水玻璃和酸反應，使得可以形成聚集體和附聚物，而不像在凝膠或凝膠類產品中那樣形成初級粒子的三維網絡。沉淀法二氧化硅與熱解法二氧化硅的結構差異描述于Kirk-Othmers?Encyclopedia?of?Chemistry。

半凝膠是無定形二氧化硅的第四種變型。半凝膠與硅膠相比具有更寬的孔尺寸分布，更低的機械穩定性和不同的分形維數(3-D-網絡)。而與沉淀法二氧化硅相比，其具有較窄的孔尺寸分布，使得半凝膠在孔尺寸分布方面介于硅膠與沉淀法二氧化硅之間。

制備方法方面也存在差別。例如，硅膠如上文描述在恒定濃度下由溶解的膠體二氧化硅制備。在此，如此混合水玻璃和酸，使得不再發生濃度變化。在任選的陳化之后，這樣獲得或多或少大塊形式的硅膠。

相反，半凝膠在恒定攪拌或引入剪切能量的情況下制備，其中SiO₂濃度在反應期間升高，使得結束時沒有獲得“塊”，而是獲得粒狀結構。半凝膠例如由北京航天賽德粉體材料技術有限公司，中國北京海淀區玉泉路16號銷售。

沉淀法二氧化硅和硅膠都在涂料中用作消光劑。在US?4,285,846中也公開了半凝膠作為消光劑的用途。

但是，除了降低涂料光澤度的優點以外，將消光劑用于涂料中也帶來一些問題。例如，在一些涂料體系中由于消光劑的添加而不希望地提高了涂料體系的粘度。如EP?0?442?325中所描述，特別觸變性的、常規含溶劑的醇酸樹脂漆鑒于其流變學性能而難以消光。這尤其針對基于丙烯酸酯-、丙烯酸酯-聚氨酯的含水涂料體系或相應的混合體系。