[發明專利]一種二氧化硅納米表面活性劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201710223567.9
• 申請日: 2017-04-07
• 公開（公告）號: CN107140650B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 李小紅;劉培松;張治軍
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C01B33/193;B82Y30/00;B01F17/54
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新

本發明公開了一種二氧化硅納米表面活性劑，還公開了該表面活性劑的制備方法，先使硅源化合物在水解介質中水解生成納米二氧化硅微粒，在納米二氧化硅微粒生成的同時在表面接枝C₁?C₅的有機硅化合物，并在強堿的作用下使微粒破碎，得到表面裸露大量極性硅羥基的二氧化硅，而另一端為負載的親油性有機官能團，從而具有表面活性劑的兩親性。本發明所述二氧化硅納米表面活性劑是以多羥基二氧化硅作為親水端，有機碳鏈為疏水端，納米二氧化硅活性高、比表面積大，表面可接枝多種有機化合物，兼具了表面活性劑和納米微粒的雙重特性。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域，具體涉及一種二氧化硅納米表面活性劑及其制備方法。

背景技術

雙子（Gemini）表面活性劑的定義是通過連接基團，將兩個兩親體在頭基處或僅靠頭基處連接（鍵合）起來的化合物。雙子表面活性劑由于其結構獨特而具有許多優良的性能，如高表面活性、超低表面張力、強協同效應、環境污染小等，成為表面活性劑科學研究的一個熱點。

然而表面活性劑在生產和使用的過程中，會對人體及環境生態系統造成了嚴重的危害，大量使用表面活性劑還會對生態系統產生潛在的危害。為了滿足人們日益增強的保健需求，確保人類生存環境的可持續發展，開發對人體盡可能無毒無害以及對生態環境無污染的綠色表面活性劑勢在必行。

納米二氧化硅是無定形白色粉末，無毒、無味、無污染，微結構為球形，呈絮狀和網狀的準顆粒結構。由于納米二氧化硅表面存在不飽和殘鍵以及不同鍵合狀態的羥基，具有常規粉末材料所不具備的特殊性能，表現出特殊的力學、光學、電學、磁學、熱學和化學特性，在橡膠、塑料、涂料、功能材料、通訊、電子、生物醫學及石油開采助劑中得到了廣泛應用。但是納米二氧化硅制備和干燥過程中易形成軟團聚體或硬團聚體。

為阻止納米顆粒制備過程中的團聚，提高納米材料在不同介質中的分散性，通過表面改性可以在一定程度上阻止顆粒之間聚集，保持其在介質中的較好分散性。表面修飾有疏水親油性官能團的納米二氧化硅在水中很難實現穩定分散，這是由于納米二氧化硅表面的極性硅羥基被表面修飾的有機化合物取代或者覆蓋，強親水性的顆粒表面轉變為強疏水。因此，疏水性二氧化硅顆粒在使用過程中，僅能表現出其超疏水性和納米顆粒的特性，并不能表現出顆粒原有的強親水性。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種具有兩親性、納米尺寸效應的二氧化硅納米表面活性劑，通過在表面裸露大量極性硅羥基的二氧化硅殘片上接枝親油性有機官能團，從而具有表面活性劑的兩親性。

本發明還提供了上述氧化硅納米表面活性劑的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種二氧化硅納米表面活性劑的制備方法，包括以下步驟：

（1）將硅源化合物加入水解介質中，于20~100℃攪拌均勻，形成水解體系；

（2）于20~100℃的攪拌條件下，調節步驟（1）所得水解體系的pH使硅源化合物發生水解，并在調節pH前或后加入有機硅修飾劑，攪拌1~5小時，得到表面改性納米二氧化硅的分散液；

（3）向步驟（2）所得分散液中加入強堿物質，形成反應體系；或將步驟（2）所得分散液過濾、洗滌，得到濾餅，將濾餅分散于反應介質中，再加入強堿物質，得到反應體系；

（4）將步驟（3）所得反應體系于40~90℃攪拌2~10小時，即得分散于溶液中的二氧化硅納米表面活性劑；或將分散于溶液中的二氧化硅納米表面活性劑過濾、洗滌、干燥，即得固態的二氧化硅納米表面活性劑；

其中，硅源化合物的加入量以二氧化硅計，水解體系中含二氧化硅的濃度為0.1~4.0 mol/L，二氧化硅、有機硅修飾劑及強堿物質的摩爾比為1：0.05~1：0.5~3；濾餅以干重計，反應體系中濾餅的濃度為0.05~3.0 mol/L。