[發明專利]一種水溶性納米硅溶膠的制備方法

有效

• 申請號: 201410468400.5
• 申請日: 2014-09-15
• 公開（公告）號: CN104229809A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 趙強;張千峰;王猛;辛志峰
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: C01B33/141
• 分類號: C01B33/141
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍

技術領域：

本發明屬于納米材料制備技術領域，具體涉及一種水溶性納米硅溶膠的制備方法。

背景技術：

納米SiO₂俗稱“超微細白炭黑”，是一種極其重要的高科技超微細無機新材料，具有粒徑小、表面吸附力強、表面能大、純度高、熱絕緣性好等優異性能，另外，還具有優越的穩定性、補強性、增稠性和觸變性，因此納米SiO₂廣泛應用于塑料、橡膠、涂料、藥物載體、化妝品及抗菌材料等領域。由于納米二氧化硅表面存在大量羥基，使其具有一定的親水性能，但表面極性強，表面能高，處于熱力學非穩定狀態，極易發生團聚，在水溶液中會出現沉降現象，在使用時影響納米SiO₂所具有的的性能。因此，對納米SiO₂必須進行改性處理，使其能夠在水相或油相體系中均勻分散，更好地發揮納米SiO₂的優異性能。

對納米SiO₂進行表面改性是最簡單有效的方法，通過在納米SiO₂表面連接一些特殊的基團，使改性后的納米SiO₂具有親水或親油的特性，以達到良好的分散效果。目前，常用的化學改性劑有醇、有機硅化合物以及硅烷偶聯劑等，另外，關于此方面的研究也取得了眾多成果。《化工新型材料》(2007,35(11))發表的“納米SiO₂表面改性研究”論文中公布了一種通過KH-560對納米SiO₂表面改性的方法，以乙醇作為分散介質，利用KH-560與納米SiO₂表面的羥基反應，在其表面接上環氧基，得到的基團在一定條件下開環生成鄰羥基，從而改善SiO₂的分散效果。《化工進展》(2009,9(28))發表的“硅烷偶聯劑KH-570對納米SiO₂的表面改性及其分散穩定性”論文中提出了在無水乙醇與水為3：1的體系中，用硅烷偶聯劑KH-570對納米SiO₂進行表面改性，改性后在有機溶劑中的團聚塊體尺寸明顯減小，降低了顆粒團聚程度。

上述方法的反應的機理均為硅烷水解后形成的硅羥基與納米SiO₂表面的羥基反應，且都存在著改性后的納米SiO₂粒子不穩定，分散后形成的硅溶膠雖然團聚現象明顯減少，但也難以達到理想效果。

發明內容：

本發明針對現有硅溶膠制備技術存在的上述問題，提供一種水溶性納米硅溶膠的制備方法。

本發明所提供的一種水溶性納米硅溶膠的制備方法具體步驟如下：

(1)HF氣體的制備：

將氟化鈣粉置于反應器中，密封狀態下抽真空，再將98wt％的濃硫酸加入到反應器中，攪拌并加熱到48～52℃進行反應制得HF氣體，反應時間為5～6h，所述氟化鈣與98wt％的濃硫酸的質量比是：1:(1.0～1.2)。

(2)HF氣體與納米SiO₂反應：

將納米SiO₂置于另一反應器中，向該反應器中加入無水乙醇作為分散劑，密閉狀態下抽真空，并通氮氣保護；將步驟(1)制得的HF氣體通過導管導入到分散有納米SiO₂的無水乙醇中，攪拌并加熱到67～73℃進行反應，反應時間為5～6h，并且進行尾氣回收，所述納米SiO₂與無水乙醇的質量比是：1：(55～65)，優選1:60，納米SiO₂與HF氣體的質量比是：1：(4.5～5.5)。

(3)HF處理后的納米SiO₂與與硅烷偶聯劑反應：

向步驟(2)反應后的反應物中緩慢加入硅烷偶聯劑，繼續通氮氣保護，并升溫至48～52℃，在攪拌下繼續反應7～8h即可得到改性后的納米SiO₂；所述納米SiO₂與硅烷偶聯劑的質量比是：1:(30～40)。

(4)改性后的納米SiO₂的后處理：

將步驟(3)改性后的納米SiO₂進行離心分離，并用正己烷洗滌3～5次，最后在真空干燥箱中烘干制得目標產品：水溶性納米硅溶膠。

在HF氣體的制備中，氟化鈣與濃硫酸的質量比以n(CaF₂):n(濃H₂SO₄)＝1:1.2為佳，這樣可以保證濃硫酸過量，使氟化鈣完全反應。