[發(fā)明專利]一種改性納米二氧化硅單體分散液的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010256390.0
• 申請(qǐng)日: 2010-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101914190A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戚棟明;袁艷;張睿;申興叢;吳明華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08F292/00
• 分類號(hào): C08F292/00;C09C1/28;C09C3/12
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)顆粒分散液的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種具有高分散性和高無(wú)機(jī)含量特征的改性納米二氧化硅單體分散液的制備方法。

背景技術(shù)

作為一種典型無(wú)機(jī)納米顆粒，納米二氧化硅(SiO₂)已被廣泛地應(yīng)用于橡膠、塑料、涂料、油漆、電子、醫(yī)藥、生物、陶瓷、紡織品、化妝品等諸多行業(yè)。但由于其顆粒極細(xì)，表面原子比率高、比表面積大、表面不飽和殘鍵以及不同鍵合狀態(tài)羥基含量高，使其表面配位嚴(yán)重不足，出現(xiàn)許多活性中心。因此，納米二氧化硅顆粒間往往容易通過(guò)范德華力、氫鍵以及一些共價(jià)鍵作用而互相吸引，進(jìn)而在生產(chǎn)、運(yùn)輸和應(yīng)用過(guò)程中極易發(fā)生大規(guī)模的團(tuán)聚粘連。上述分散性問(wèn)題的存在不但嚴(yán)重地影響納米二氧化硅各種效應(yīng)的充分發(fā)揮，而且還會(huì)帶來(lái)所制備復(fù)合材料各項(xiàng)性能的明顯劣化。

為提高納米二氧化硅的分散性及其與有機(jī)基質(zhì)的相容性，國(guó)內(nèi)外多個(gè)課題組相繼把注意力集中于納米二氧化硅分散液的制備和改性研究中，試圖通過(guò)合適的改性和分散技術(shù)將納米二氧化硅粉末或者硅溶膠顆粒以初級(jí)粒子的形式均勻穩(wěn)定地分散在水、有機(jī)溶劑和單體等介質(zhì)中。現(xiàn)有的研究表明：氣相法和電弧法等干法制備的干粉狀納米二氧化硅顆粒，在生產(chǎn)后的短時(shí)間內(nèi)即會(huì)產(chǎn)生大量的軟、硬團(tuán)聚體。上述軟硬團(tuán)聚體，即使通過(guò)熱處理、機(jī)械分散、超聲分散、化學(xué)分散等方式，也只能使其中軟團(tuán)聚體內(nèi)的部分粒子在介質(zhì)中得到再次的高度分散。因此干法制備納米二氧化硅不適合于制備相應(yīng)的高分散性的分散液。

而以沉淀法和凝膠法(其中，實(shí)驗(yàn)室中常用法來(lái)制備單分散的硅溶膠，即在乙醇介質(zhì)中氨催化水解正硅酸乙酯(TEOS)得到SiO₂顆粒)等濕法制備的納米二氧化硅膠體在添加適當(dāng)分散穩(wěn)定劑或進(jìn)行表面偶聯(lián)改性后，不經(jīng)干燥過(guò)程情況下，即有可能得到納米二氧化硅顆粒以初級(jí)粒子形式均勻穩(wěn)定分散在水或有機(jī)溶劑(乙醇、丙酮、丁酮等)介質(zhì)中的分散液。且目前這些高分散性分散液均已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，易在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)得到。但上述納米二氧化硅本身仍具有較強(qiáng)的親水性和自聚性，因此在加熱干燥得到二氧化硅粉末以便于制備單體分散液的過(guò)程中，極易隨著介質(zhì)的揮發(fā)而發(fā)生大規(guī)模的緊密結(jié)合和嚴(yán)重團(tuán)聚，且這些團(tuán)聚體即使再通過(guò)超聲分散或高速剪切等強(qiáng)力分散手段也很難得到徹底的解團(tuán)聚，因而在最終的單體分散液中往往都能觀察到大量的二氧化硅大顆粒聚集體。因此，到目前為止尚未見(jiàn)到既可在單體介質(zhì)中達(dá)到初級(jí)粒子形式高度均勻分散、又可長(zhǎng)期穩(wěn)定保存的納米二氧化硅單體分散液的報(bào)道。而以單體為介質(zhì)的穩(wěn)定的分散液體系非常利于之后對(duì)納米二氧化硅顆粒表面進(jìn)行可控的接枝改性和制備具有不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合微球。因此同時(shí)具有高度的分散均勻性和分散穩(wěn)定性的高分散性納米二氧化硅單體分散液的制備具有一定的理論研究意義和較好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種改性納米二氧化硅單體分散液的制備方法，該方法工藝流程簡(jiǎn)單，過(guò)程條件溫和，可操作性強(qiáng)，生產(chǎn)效率高，適合于工業(yè)化生產(chǎn)；由該方法制備得到的改性納米二氧化硅單體分散液中改性納米二氧化硅單體的分散性高，可在單體介質(zhì)中達(dá)到初級(jí)粒子水平的均勻穩(wěn)定分散，且其表面具有較好的可反應(yīng)性。

一種改性納米二氧化硅單體分散液的制備方法，包括：

(1)將硅烷偶聯(lián)劑加入到納米二氧化硅乙醇分散液中，攪拌狀態(tài)下在25～40℃條件下偶聯(lián)改性6～24小時(shí)，得到相應(yīng)的改性納米二氧化硅乙醇分散液；

(2)向上述改性納米二氧化硅乙醇分散液中加入單體，混合均勻，在低溫(一般低于60℃)高真空(絕對(duì)氣壓一般低于0.010MPa)并始終保持單體存在條件下去除其中的乙醇介質(zhì)，得到改性納米二氧化硅質(zhì)量百分含量為10～30％的改性納米二氧化硅單體分散液。

其中，步驟(1)中的攪拌可選用常規(guī)的攪拌形式如機(jī)械或磁力攪拌。

所述的納米二氧化硅乙醇分散液是一種納米二氧化硅以顆粒形式分散在乙醇介質(zhì)中的透明泛藍(lán)光的分散體系，只含有無(wú)水乙醇和納米二氧化硅顆粒兩種物質(zhì)。其中，納米二氧化硅顆粒的平均粒徑(平均體積粒徑)為10～60nm，納米二氧化硅乙醇分散液中納米二氧化硅質(zhì)量百分比含量為20～30％。上述納米二氧化硅乙醇分散液可選用市售產(chǎn)品，也可通過(guò)基于正硅酸乙酯為原料的法制備得到。