[發明專利]一種氫化硅油改性納米二氧化硅的方法

有效

• 申請號: 201510067729.5
• 申請日: 2015-02-09
• 公開（公告）號: CN104650625B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 郭其鵬;鐘濤;劉福春;常春;陳均;周銘;曹繼兵
• 申請（專利權）人: 江蘇榮昌新材料科技有限公司
• 主分類號: C09C1/28
• 分類號: C09C1/28;C09C3/12;C09D7/12
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技術領域

本發明涉及一種氫化硅油改性納米二氧化硅的方法。

背景技術

納米粒子具有小尺寸效應、表面效應、體積效應、宏觀量子隧道效應，近年來在新材料領域得到了廣泛的應用。將納米材料加入到涂料中形成納米復合涂料，起到增稠防沉，填充結構微孔等作用，可以提高涂料的的耐沖擊性、附著力、耐沾污性、耐腐蝕性、耐老化性等多項性能，該技術在溶劑型涂料中已經非常成熟。但是在水性涂料體系中，納米粒子表面強烈吸附水，形成了較多的羥基，增加了納米粒子的表面自由能，羥基間形成氫鍵使納米粒子團聚，從而影響其分散穩定性，限制納米粒子發揮應有的作用。氫化硅油主鏈是結構穩定的Si-O-Si無機鏈段，分子中含有一定數量比較活潑的Si-H鍵，在堿性條件或者金屬鹽催化條件下易斷裂，與Si-OH等基團縮合發生脫H₂反應。

通過氫化硅油改性過的納米二氧化硅材料，表面同時具有親水性Si-OH基團及疏水性的硅氧烷鏈段，硅氧剛性烷鏈段相互排斥，可以提高粒子間的空間位阻，有效抑制納米二氧化硅粒子的團聚，提高納米粒子在各種環境中的穩定性；另外由于這種特殊的結構，該氫化硅油改性納米二氧化硅顯示出特殊的流變性質，在高速剪切下，硅氧鏈段定向排列暴露出納米粒子上的-OH基團，粒子間締和增稠作用變大，體系的粘度增大，在低速剪切及無剪切力存在時，硅氧烷鏈段恢復原狀，長鏈的硅氧鏈段將大部分的-OH包裹，顆粒間具有很有的潤滑性，體系的粘度變小，這種特性在水性涂料中加入1％以上就能明顯的發現，這對于水性涂料的流變控制具有顯著的意義，可以添加在水性醇酸、水性聚氨酯、水性丙烯酸、水性陶瓷涂料等水性面涂中，有效提高水性涂料的施工性，具有很好的應用前景。

發明內容

本發明為一種氫化硅油改性納米二氧化硅的方法，納米二氧化硅以硅溶膠形式存在，將氫化硅油加入到過量的納米二氧化硅溶膠中，加熱攪拌，并添加水溶性金屬鹽催化劑，氫化硅油活性氫與硅溶膠表面硅醇在金屬鹽催化條件下脫氫反應生成硅氧鍵，在二氧化硅表面接枝上一定含量的硅氧烷分子鏈，制備氫化硅油改性納米二氧化硅。本工作主要解決以下幾個問題：(1)納米二氧化硅溶膠、氫化硅油、催化劑的選擇，涉及納米粒子含量、pH值、粒徑、氫化硅油聚合度、含氫量、催化劑濃度、反應時間、溫度等參數，通過條件試驗篩合適的配方以制備穩定的氫化硅油改性納米二氧化硅；(2)通過含氫硅油分子量及用量的調整，納米粒子表面Si-OH的反應程度控制，制備具有流變控制特性的改性納米二氧化硅；(3)研究氫化硅油改性納米二氧化硅在水性涂料中的應用，其在水性涂料粘度控制、涂層光澤、霧影、硬度、耐候、耐污染、耐腐蝕等性能顯著提高。

為解決以上技術問題，所采用的技術方案如下：

1.氫化硅油改性納米二氧化硅工藝：在一帶攪拌與加熱裝置的密封釜中加入50-90份納米二氧化硅溶膠、水溶性金屬鹽催化劑0.01-0.5份，啟動攪拌，投入pH調節劑0.01-1份調節pH為5-6，在40-60℃下均勻滴加5-20份氫化硅油，加完后恒溫攪拌5-8h反應完全，然后冷卻、過濾得到氫化硅油改性納米二氧化硅。

由于采用了上述方案，產生的效果是顯而易見的：通過催化劑催化Si-H及Si-OH之間的反應，在親水的二氧化硅粒子表面接枝了一定量的疏水基團，形成了疏水鏈段包圍親水官能團的結構，低剪切速率下硅氧剛性烷鏈段相互排斥，有效抑制納米二氧化硅粒子的團聚，提高納米粒子在各種環境中的穩定性，在高速剪切下，硅氧鏈段定向排列暴露出納米粒子上的-OH基團，粒子間締和增稠作用變大，體系的粘度增大，隨著剪切速率降低，硅氧烷鏈段恢復原狀，長鏈的硅氧鏈段將大部分的-OH包裹，顆粒間又恢復原有的潤滑性，體系的粘度變小，由于這種特殊的結構，該氫化硅油改性納米二氧化硅顯示出特殊的流變性質，這種特性在水性涂料中加入1％以上就能明顯的發現；另外氫化硅油改性后的納米二氧化硅粒子綜合了的二氧化硅的高硬度、高耐老化、防腐蝕及氫化硅油的低表面張力、疏水性等性質，添加后水性涂料霧影、光澤、耐水性、耐候性、耐污性等各項性能都顯著提高，是非常理想的環保水性助劑，在水性涂料、水性油墨等等新材料領域中具有實際應用價值。