專利名稱：一種高分散性納米二氧化硅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米二氧化硅的制備方法，尤其是一種高分散性納米二氧化硅的制備方法。
背景技術(shù)：
納米二氧化硅廣泛應(yīng)用于涂料、油漆、醫(yī)藥、橡膠、陶瓷等行業(yè)。由于納米二氧化硅表面羥基含量高，在一些極性較弱的體系中分散較差，影響到其應(yīng)用范圍和效果。文獻1“WU Wei, JIA Mengqiu, CHEN Jingf eng, et al. Effect of si lane couplingagent on the preparation and application of nano silicon dioxide compositematerial by sol-gel method. Acta Materiae Compositae Sinica 2004, 21 (2) ”報道了在溶膠-凝膠法原位制備納米二氧化硅復(fù)合材料過程中硅烷偶聯(lián)劑與納米二氧化硅之間的作用機理，當硅烷偶料及用量適當時，所制備復(fù)合材料在環(huán)氧樹脂清漆中具有良好應(yīng)用性能，但在極性高的介質(zhì)中的分散性不好。文獻？‘LIJing-ling,WANG Bao-hui et al. Study on the surface modificationof nano-SiO2 powder. Development and Application of Matrials 2011, 26 (2)，，報道了
采用甲苯二異氰酸酯接枝聚乙二醇對納米二氧化硅進行表面改性，結(jié)果表明，降低了二氧化硅顆粒的團聚程度，提高了分散性。但此方法制備過程復(fù)雜，不易控制。。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種納米二氧化硅的制備方法。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種高分散性納米二氧化硅的制備方法，制備步驟為(I)將正硅酸乙酯與醇溶液在5 25°C的溫度下進行混合震蕩，配制成正硅酸乙酯質(zhì)量百分比濃度為I 30%的A溶液；(2)將質(zhì)量為上述A溶液質(zhì)量3 10%的聚合物與醇溶液混合震蕩，配制成聚合物質(zhì)量百分比濃度為I 30%的B溶液；(3)將質(zhì)量為上述A溶液質(zhì)量3 10%的硅氧烷與醇溶液混合震蕩，配制成硅氧烷質(zhì)量百分比濃度為I 30%的C溶液；(4)保持反應(yīng)溫度為50°C，向攪拌的溶液A中同時雙滴加溶液B、C，反應(yīng)時間為25 35min，反應(yīng)過程中使用有機酸和堿滴加控制混合液pH值，其中酸性環(huán)境中PH值控制在4 5，堿性環(huán)境中PH值控制在9 10 ;(5)滴加完畢后，繼續(xù)在70°C下攪拌5 10h，降至常溫，過濾，洗滌，真空抽濾，產(chǎn)物在40 150°C干燥處理，處理時間為6 12h，得到高分散性納米二氧化硅粉體。進一步地，上述步驟(I)、(2)、(3)中，上述所使用的醇溶液為甲醇、乙醇、乙二醇、
丙二醇中的一種。進一步地，上述步驟(2)中，上述聚合物為聚乙二醇，分子量為200 20000。
進一步地，上述聚乙二醇為 PEG-200、PEG-400、PEG-1000、PEG-2000 中的一種。進一步地，上述步驟(3)中，上述娃氧燒為甲基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒、氣丙基二乙氧基娃燒、異丁基二甲氧基娃燒中的一種。進一步地，上述步驟(I)中，上述A溶液正硅酸乙酯質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選為5 20%。進一步地，上述步驟(2)中，上述B溶液聚合物質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選為5 20%。進一步地，上述步驟(3)中，上述C溶液硅氧烷質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選為5 20%。進一步地，上述步驟(5)中，上述干燥處理溫度優(yōu)選80 120°C，上述處理時間優(yōu)選6 IOh0進一步地，上述步驟(4)中，上述有機酸為一元羧酸、丙酮酸、水楊酸、乙酸中的一種。進一步地，上述步驟(4)中，上述堿為氫氧化銨或者四甲基氫氧化銨。本發(fā)明的有益效果在于，能夠制得具有高分散性的雙親納米二氧化硅粉體，可在水/醇中穩(wěn)定分散6個月以上，簡化現(xiàn)有納米二氧化鈦聚合物改性方法，采用液相法，只需改變改性劑用量和反應(yīng)液的pH值,即可達到滿意的改性效果。


圖I是實施例I所制備的納米二氧化硅粉體的透射電鏡(TEM)圖像。圖2是實施例I所制備的納米二氧化硅粉體的水分散液以及背景技術(shù)制備的納米二氧化硅的水分散液紫外-可見光透過率譜圖。圖3是實施例I所制備的納米二氧化硅粉體的異丙醇分散液以及背景技術(shù)制備的納米二氧化硅的異丙醇分散液紫外-可見光透過率譜圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例I :取30ml正硅酸乙酯和IOOml乙醇，在5 25°C溫度下，超聲波清洗器中震蕩2min，正硅酸乙酯質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20% ;取1.5mlPEG-200(質(zhì)量為正硅酸乙酯醇溶液質(zhì)量3 10% )和IOml乙醇，在超聲波清洗器中震蕩2min，PEG-200質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20%;取I. 5g氨丙基三乙氧基硅烷(質(zhì)量為正硅酸乙酯醇溶液質(zhì)量3 10% )和IOml乙醇，在超聲波清洗器中震蕩2min，氨丙基三乙氧基硅烷質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20%。將氨丙基三乙氧基硅烷醇溶液和PEG-200醇溶液同時滴入攪拌中的正硅酸乙酯醇溶液中，攪拌速度為500r/min，反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)時間為30min，使用有機酸控制PH值在4 5，有機酸為一元羧酸、丙酮酸、水楊酸、乙酸中的一種。繼續(xù)中速攪拌，提高反應(yīng)溫度為70°C，反應(yīng)時間為8h，最終得到二氧化硅凝膠。經(jīng)過濾、洗滌及105°C真空干燥6h后，粉碎得到納米二氧化硅粉體。得到的納米二氧化硅粉體在透射電鏡(TEM)圖像參照圖I。取上述納米二氧化硅粉體20g和去離子水80g，高速攪拌砂磨2h，攪拌速度為1200r/min，得到穩(wěn)定分散液，放置6個月無分層，無沉淀。將所制備的納米二氧化硅水分散液稀釋到一定濃度進行紫外-可見光透過率測試，結(jié)果參照圖2。取上述納米二氧化硅粉體20g和異丙醇80g,高速攪拌砂磨2h,攪拌速度為1200r/min,得到穩(wěn)定分散液放置6個月無分層，無沉淀。將所制備納米二氧化硅的異丙醇分散液稀釋到一定濃度進行紫外-可見光透過率測試，結(jié)果參照圖3。實施例2: 取30ml正硅酸乙酯和IOOml甲醇，在5 25°C溫度下，在超聲波清洗器中震蕩2min，正硅酸乙酯質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20%;取1.5ml PEG-1000 (質(zhì)量為正硅酸乙酯醇溶液質(zhì)量3 10% )和IOml甲醇，在超聲波清洗器中震蕩2min，PEG-1000質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20%;取I. 5g甲基三甲氧基硅烷(質(zhì)量為正硅酸乙酯醇溶液質(zhì)量3 10%)和IOml甲醇，在超聲波清洗器中震蕩2min，甲基三甲氧基硅烷質(zhì)量百分比濃度為I 30 %，優(yōu)選為5 20 %。將甲基三甲氧基硅烷醇溶液和PEG-1000醇溶液同時滴入攪拌中的正硅酸乙酯醇溶液中，攪拌速度為500r/min，反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)時間為30min，使用有機酸控制PH值在4 5，有機酸為一元羧酸、丙酮酸、水楊酸、乙酸中的一種。繼續(xù)中速攪拌，提高反應(yīng)溫度為70°C，反應(yīng)時間為8h，最終得到二氧化硅凝膠。經(jīng)過濾、洗滌及105°C真空干燥6h后，粉碎得到高分散性二氧化硅粉體。得到的納米二氧化硅粉體在透射電鏡(TEM)圖像與實施例I類似，圖略。取上述納米二氧化硅粉體20g和去離子水80g，高速攪拌砂磨2h，攪拌速度為1200r/min，得到穩(wěn)定分散液，放置6個月無分層，無沉淀。將所制備的納米二氧化硅水分散液稀釋到一定濃度進行紫外-可見光透過率測試，結(jié)果與實施例I類似，圖略。取上述納米二氧化娃粉體20g和異丙醇80g,高速攪拌砂磨2h,攪拌速度為1200r/min,得到穩(wěn)定分散液放置6個月無分層，無沉淀。將所制備納米二氧化硅的異丙醇分散液稀釋到一定濃度進行紫外-可見光透過率測試，結(jié)果與實施例I類似，圖略。實施例3 取30ml正硅酸乙酯和IOOml乙二醇，在5 25°C溫度下，在超聲波清洗器中震蕩2min，正硅酸乙酯質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20% ;取2mlPEG_400 (質(zhì)量為正硅酸乙酯醇溶液質(zhì)量3 10% )和IOml乙二醇，在超聲波清洗器中震蕩2min，PEG-400質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20% ;取28異丁基三甲氧基硅烷(質(zhì)量為正硅酸乙酯醇溶液質(zhì)量3 10% )和IOml乙二醇，在超聲波清洗器中震蕩2min，異丁基三甲氧基硅烷質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20%。將異丁基三甲氧基硅烷醇溶液和PEG-400醇溶液同時滴入攪拌中的正硅酸乙酯醇溶液中，攪拌速度為500r/min，反應(yīng)溫度為50°C，反應(yīng)時間為30min，使用有機酸控制PH值在4 5，有機酸為一元羧酸、丙酮酸、水楊酸、乙酸中的一種。繼續(xù)中速攪拌，提高反應(yīng)溫度為70°C，反應(yīng)時間為8h，最終得到二氧化硅凝膠。經(jīng)過濾、洗滌及105°C真空干燥6h后，粉碎得到高分散性二氧化硅粉體。得到的納米二氧化硅粉體在透射電鏡(TEM)圖像與實施例I類似，圖略。取上述納米二氧化硅粉體20g和去離子水80g，高速攪拌砂磨2h，攪拌速度為1200r/min，得到穩(wěn)定分散液，放置6個月無分層，無沉淀。將所制備的納米二氧化硅水分散液稀釋到一定濃度進行紫外-可見光透過率測試，結(jié)果與實施例I類似，圖略。取上述納米二氧化娃粉體20g和異丙醇80g,高速攪拌砂磨2h,攪拌速度為1200r/min,得到穩(wěn)定分散液放置6個月無分層，無沉淀。將所制備納米二氧化硅的異丙醇分散液稀釋到一定濃度進行紫外-可見光透過率測試，結(jié)果與實施例I類似，圖略。實施例4
取30ml正硅酸乙酯和IOOml丙二醇，在5 25°C溫度下，在超聲波清洗器中震蕩2min，正硅酸乙酯質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20% ;取I. 5ml PEG-2000 (質(zhì)量為正硅酸乙酯醇溶液質(zhì)量3 10% )和IOml丙二醇，在超聲波清洗器中震蕩2min，PEG-2000質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20%;取I. 5g乙烯基三乙氧基硅烷(質(zhì)量為正硅酸乙酯醇溶液質(zhì)量3 10% )和IOml丙二醇，在超聲波清洗器中震蕩2min，乙烯基三乙氧基硅烷質(zhì)量百分比濃度為I 30%，優(yōu)選為5 20%。將乙烯基三乙氧基硅烷醇溶液和PEG-2000醇溶液同時滴入攪拌中的正硅酸乙酯醇溶液中，攪拌速度為500r/min，反應(yīng)溫度為50°C,反應(yīng)時間為30min,使用堿控制PH值在4 5,堿為氫氧化銨或者四甲基氫氧化銨。繼續(xù)中速攪拌，提高反應(yīng)溫度為70°C，反應(yīng)時間為8h，最終得到二氧化硅凝膠。經(jīng)過濾、洗滌及105°C真空干燥6h后，粉碎得到高分散性二氧化硅粉體。得到的納米二氧化硅粉體在透射電鏡(TEM)圖像與實施例I類似，圖略。取上述納米二氧化硅粉體20g和去離子水80g，高速攪拌砂磨2h，攪拌速度為1200r/min，得到穩(wěn)定分散液，放置6個月無分層，無沉淀。將所制備的納米二氧化硅水分散液稀釋到一定濃度進行紫外-可見光透過率測試，結(jié)果與實施例I類似，圖略。取上述納米二氧化娃粉體20g和異丙醇80g,高速攪拌砂磨2h,攪拌速度為1200r/min,得到穩(wěn)定分散液放置6個月無分層，無沉淀。將所制備納米二氧化硅的異丙醇分散液稀釋到一定濃度進行紫外-可見光透過率測試，結(jié)果與實施例I類似，圖略。上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高分散性納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，制備步驟為 (1)將正硅酸乙酯與醇溶液在5 25°C的溫度下進行混合震蕩，配制成正硅酸乙酯質(zhì)量百分比濃度為I 30 %的A溶液； (2)將質(zhì)量為所述A溶液質(zhì)量3 10%的聚合物與醇溶液混合震蕩，配制成聚合物質(zhì)量百分比濃度為I 30 %的B溶液； (3)將質(zhì)量為所述A溶液質(zhì)量3 10%的硅氧烷與醇溶液混合震蕩，配制成硅氧烷質(zhì)量百分比濃度為I 30 %的C溶液； (4)保持反應(yīng)溫度為50°C，向攪拌的溶液A中同時雙滴加溶液B、C，反應(yīng)時間為25 35min，反應(yīng)過程中使用有機酸和堿滴加控制混合液pH值，其中酸性環(huán)境中PH值控制在4 5，堿性環(huán)境中PH值控制在9 10 ; (5)滴加完畢后，繼續(xù)在70°C下攪拌5 10h，降至常溫，過濾，洗滌，真空抽濾，產(chǎn)物在40 150°C干燥處理，處理時間為6 12h，得到高分散性納米二氧化硅粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)、(2)、(3)中，所述所使用的醇溶液為甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述聚合物為聚乙二醇，分子量為 200 20000，所述聚乙二醇為 PEG-200、PEG-400、PEG-1000、PEG-2000 中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述硅氧烷為甲基二甲氧基娃燒、乙稀基二乙氧基娃燒、氣丙基二乙氧基娃燒、異丁基二甲氧基娃燒中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述A溶液正硅酸乙酯質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選為5 20%。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中，所述B溶液聚合物質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選為5 20%。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中，所述C溶液硅氧烷質(zhì)量百分比濃度優(yōu)選為5 20%。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中，所述干燥處理溫度優(yōu)選80 120°C，所述處理時間優(yōu)選6 10h。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述有機酸為一元羧酸、丙酮酸、水楊酸、乙酸中的一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中，所述堿為氫氧化銨或者四甲基氫氧化銨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高分散性納米二氧化硅的制備方法，制備步驟為將正硅酸乙酯與醇溶液混合震蕩配制成A溶液；將聚合物與醇溶液混合震蕩配制成B溶液；將硅氧烷與醇溶液混合震蕩配制成C溶液；向攪拌的溶液A中同時雙滴加溶液B、C，使用有機酸和堿滴加控制混合液pH值；繼續(xù)攪拌，降至常溫，過濾，洗滌，真空抽濾，干燥處理，得到高分散性納米二氧化硅粉體。本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠制得具有高分散性的雙親納米二氧化硅粉體，可在水/醇中穩(wěn)定分散6個月以上。
文檔編號C01B33/18GK102616794SQ20121010410
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者徐勇, 徐進, 王傳榮 申請人:宣城晶瑞新材料有限公司