[發明專利]雙球狀二氧化硅及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202011214878.7
• 申請日: 2020-11-04
• 公開（公告）號: CN114436270B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 雷群;江波;王平美;肖沛文;賈新利;彭寶亮;羅健輝;葉銀珠;王小聰
• 申請（專利權）人: 中國石油天然氣股份有限公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;D06M11/79;D06M13/513;C09K8/58;C09K8/84;C09K8/92
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 姚亮;張德斌

本發明提供了一種雙球狀二氧化硅及其制備方法與應用。該雙球狀二氧化硅是通過將氨基硅烷偶聯劑修飾的二氧化硅與鹵代硅烷偶聯劑修飾的二氧化硅在水相條件通過化學結合得到的。本發明還提供了上述雙球狀二氧化硅的制備方法，包括將氨基硅烷偶聯劑修飾的二氧化硅與鹵代硅烷偶聯劑修飾的二氧化硅混合進行反應，得到所述雙球狀二氧化硅。上述制備方法可以在溫和的水相條件下制備水相雙球狀二氧化硅，反應條件環保無污染，制備工藝簡單、規模化制備、成本低廉。本發明的雙球狀二氧化硅在防油污、制備親水性織物、油田提高采收率等方面具有重要應用。

技術領域

本發明涉及納米材料制備技術領域，尤其涉及一種在防油污、制備親水性織物、油田提高采收率等方面具有重要應用的雙球狀二氧化硅及其制備方法與應用。

背景技術

自然界存在著許多迷人的對稱形狀或模式，人類更喜歡對稱所帶來的視覺感，但透過現象看本質，深入到各個物體內部，我們發現其結構和組織在化學和形狀上都存在一定程度的不對稱，正是這些不對稱，即各向異性，豐富了這個五彩斑斕的世界。這種獨特的各向異性可用“Janus”來形容，“Janus”源自古羅馬門神，即“雙面神”，他有兩個方向相反的面孔，一面代表過去，另一面代表未來，最早認識到這種粒子潛力和重要性的是諾貝爾得主Pierre-Gilles?de?Gennes,他在1991年的諾貝爾演講“軟物質”中談到了這類粒子，此后這類粒子蓬勃發展，多用來描述那些具有各向異性、粒子的兩個半球表面具有不同化學性質的微粒。該“雙面神”粒子(Janus?particles)的結構特殊、性能優異、應用前景廣闊。雙球狀結構的納米粒子由于兩端含有不同的官能團，存在不對稱性，因此也屬于“雙面神”粒子中的一種。制備具有雙球狀結構粒子的方法主要有：模板導向的自組裝、相分離以及控制表面成核、模板輔助法。

二氧化硅原料易得、價格低廉，是制備雙球狀納米粒子的理想原料。但目前為止，也有以苯乙烯和二乙烯基苯為單體原料，采用相分離以及控制表面成核法來制備具有雙球狀結構的納米粒子。例如，首先用苯乙烯和二乙烯基苯的乳液聚合來制備交聯的聚苯乙烯內核，然后在交聯聚合物內核的外層涂覆一層氯化殼層，再用單體苯乙烯和二乙烯基苯的混合物使氯化殼層膨脹，通過單體和膨脹聚合物網絡之間的相分離在內核顆粒的表面形成液體突出部分，通過聚合使這些液體突出部分凝固，得到具有化學各向異性的雙球狀膠體粒子(Bas?G.P.,Journal?of?Colloid?and?Interface?Science?2017,490,462–477)。此外，以Stober法制備的二氧化硅為內核，用交聯的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)均勻地覆蓋二氧化硅顆粒，通過聚苯乙烯(PSt)的聚合，使其從PMMA殼層中突出，然后用二氧化硅對該不對稱的雙球型粒子進行涂覆，最后通過加熱去除聚合物，總之，就是采用模板輔助法制備了具有可移動內核的空心非對稱二氧化硅雙球型粒子(Daisuke?Nagao.,Langmuir?2010,26(7),5208–5212)。此外，以16-十七烯酸(HAD)水溶液穩定的磁性Fe₃O₄納米粒子為基礎，然后加入苯乙烯和二乙烯基苯的混合物，通過(NH₄)₂S₂O₈引發聚合反應，在兩相界面生成聚苯乙烯球，且Fe₃O₄被固定在聚苯乙烯接近水相的一端，最后加入適當濃度的TEOS，通過TEOS的水解縮合制備的SiO₂會選擇性涂覆在Fe₃O₄位點，從而制備了具有雙球狀結構的納米磁性粒子(E.Passas-Lagos.，Langmuir?2015,31，7749-7757)。第一個例子中制備的雙球狀納米粒子的粒徑約為500nm，且工藝較復雜，實驗過程中需要調控多種實驗參數才能得到理想的雙球狀納米粒子，一次制備量較小，成本較高，難以大規模應用；第二個例子中所制備的雙球狀納米粒子的粒徑也大約為500nm，同樣存在粒徑較大問題；第二個例子制備條件要求嚴格，比如磁性納米Fe₃O₄粒子的制備必須在氬氣氣氛中進行，且需要準確調控TEOS的濃度才能得到較理想的雙球狀納米粒子。