一种涂料用单分散二氧化硅纳米粒子溶胶制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种涂料用单分散二氧化硅纳米粒子溶胶制备方法，以正硅酸乙酯为前驱体采用超声手段制备纳米二氧化硅溶胶和表面活性剂的混合物为主要组成物，得到具有均匀分散粒径、分散尺度小的纳米二氧化硅有机溶胶和水溶胶，其无色透明，为涂料应用扩展了新的适用范围，提高了纳米粒子在涂料中的分散性从而提升了涂料的性能和品质。
【专利说明】一种涂料用单分散二氧化硅纳米粒子溶胶制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纳米材料【技术领域】，尤其涉及一种涂料用单分散纳米二氧化硅溶胶制备应用领域。
【背景技术】
[0002]无机纳米粒子具有特殊的光学、电学、以及表面活性等性能。其中的纳米二氧化硅粒子具有粒子小，比表面积大等特征，以其优越的亲水性、稳定性、补强性、增稠性、触变性和消光性在涂料领域得到广泛应用。但是由于无机纳米粒子粒径尺寸小，比表面积和表面张力大，极易吸附而产生团聚，形成聚集体和附聚体。因此提高二氧化硅纳米粒子在涂料中的分散性对于二氧化硅改性涂料来说尤为重要，必须控制纳米粒子的再聚集的方式和状态以避免自聚集并使它们能够均匀分散在涂料之中，这样才能保证二氧化硅改性涂料的有效性，提高涂料的性能。
[0003]目前的现有技术中:采用纳米粉体机械分散制备技术难以分散至纳米级别并保证均匀的分散效果，而且这种制备技术根本无法抑制已分散颗粒的再次聚集；而也有一些将粉体制备二氧化硅溶胶再分散到涂料中的方法，但是工艺复杂，耗能大。而现有的溶胶凝胶法制备纳米二氧化硅方法得到的纳米粒子的粒径分散尺度太大，影响了与涂料体系混合后的分散效果。所以二氧化硅涂料的产业化的关键问题就是要节能高效的提高二氧化硅纳米粒子在涂料中的分散性，简便快捷的制备粒径分散尺度小的二氧化硅溶胶对于提高二氧化硅改性涂料应用范围至关重要。
【发明内容】
[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种涂料用单分散二氧化硅纳米粒子溶胶制备方法，以正硅酸乙酯为前驱体采用超声手段制备纳米二氧化硅溶胶和表面活性剂的混合物为主要组成物，得到具有均匀分散粒径分散尺度小的纳米二氧化硅有机溶胶和水溶胶，其无色透明，为涂料应用扩展了新的适用范围，提高了纳米粒子在涂料中的分散性从而提升了涂料的性能和品质。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供的单分散纳米二氧化硅溶胶制备方法，包括以下步骤:
(1)将正硅酸乙酯、溶剂和蒸馏水混合后在超声情况下加入碱性催化剂，继续超声反应得到二氧化硅纳米粒子溶胶；
(2)将表面活性剂加入到纳米硅溶胶之中，搅拌均匀。
[0006]优选的，步骤(1)中的碱性催化剂为氨水。
[0007]优选的，所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酰丙酮等有机溶剂中的一种或者混合液，其中正硅酸乙酯在混合溶液中含量为6~18.2wt%，蒸馏水在混合溶液中含量为4~20Wt%，余量为溶剂；氨水是指含量为25~28wt%的饱和浓氨水溶液，其在混合溶液中的含量为6~8.5wt%。[0008]优选的，所述步骤(1)中控制反应温度为(T90°C，所述超声频率优选为IO-1OOKHz，反应时间为3~8小时。
[0009]优选的，所述步骤(2)中的表面活性剂为含羟基、氨基、碳碳双键或羧基的表面活性剂的一种或者是混合物。
[0010]优选的，所述表面活性剂为非离子表面活性剂，更优选为N-甲基吡咯烷酮、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、聚甘油脂肪酸、聚氧丙烯甘油醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种混合物。
[0011]优选的，非离子表面活性剂与二氧化硅溶胶混合的质量比为(广2): 10，搅拌10分钟。
[0012]本发明还提供上述制备方法制备得到的纳米二氧化硅溶胶在涂料改性中的应用。
[0013]优选的，在上述应用中，二氧化硅溶胶占涂料组分总质量比为0.4-20%。。
[0014]本发明制备得到的单分散二氧化硅纳米粒子溶胶具有以下有益效果:粒径分布均匀，分散性好，工艺简单，应用方便，尤其是溶胶透明无色，可在玻璃、塑料等透明表面施工不会影响透明度。在制备和改性涂料的整个过程中保持良好的分散性从而提高了涂料的耐候性及储存稳定性等性能。
【具体实施方式】
[0015]为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0016]实施例1
本实施例提供一种涂料用单分散纳米二氧化硅溶胶的制备方法，包括以下步骤: 将正硅酸乙酯5.5ml与蒸馏水2ml加入到乙醇80ml之中，超声分散，得到混合溶液，将
4.5ml、25wt%的饱和氨水溶液溶于乙醇20ml，以3ml/min的速度匀速加入到上述混合溶液中去，期间保持反应温度为23~30°C，在反应过程中一直超声，超声频率为28KHz;反应时
间为3小时，得到纳米M粒子含量约为2.5wt%的的硅溶胶，粒径为2~20nm。
[0017]将2.5g硅溶胶溶于2.5g乙醇之中，加入非离子表面活性剂聚氧乙烯烷基酚醚
0.25g、搅拌均匀得到单分散纳米二氧化硅溶胶。
[0018]用单分散纳米二氧化硅溶胶改性丙烯酸聚氨酯清漆，按照丙烯酸聚氨酯清漆的具体组成配比如下:组分含量(wt% )纳米二氧化硅溶胶20，丙烯酸聚合物55，丙二醇二醚乙酸酯18，催化剂0.5，稳定剂0.2，其他助剂1.3，固化剂15。首先在搅拌情况下加入二氧化硅溶胶丙二醇二醚乙酸酯和丙烯酸聚合物，然后在添加流平剂、催化剂、稳定剂和其他助剂，最后加入固化剂。加入纳米二氧化硅溶胶后丙烯酸聚氨酯清漆的硬度提高、耐紫外线和耐沾污性大大提高。
[0019]实施例2
本实施例提供一种涂料用单分散纳米二氧化硅胶的制备方法，包括以下步骤:
将正硅酸乙酯7.5ml与蒸馏水4ml加入到丙酮70ml混合，超声分散，得到混合溶液，将
6.5ml、25wt%的饱和氨水溶液溶于丙酮20ml，以3ml/min的速度匀速加入到上述混合溶液中去，期间保持反应温度为23~30°C，在反应过程中一直超声，超声频率为28KHz;反应时间为3小时，得到纳米5--粒子含量约为4.7wt%的的硅溶胶，粒径为2~20nm。
[0020]将2.5g硅溶胶溶于2.5g丙酮之中，加入非离子表面活性剂聚氧丙烯丙三醇醚
0.25g搅拌均匀得到透明单分散纳米二氧化硅溶胶。
[0021]用单分散纳米二氧化硅溶胶改性罩光漆，按照罩光漆的具体组成配比如下:组分含量(wt% )纳米二氧化硅溶胶17，羟基丙烯酸树酯65，稀释剂10，流平剂0.2，固化剂19。首先在搅拌情况下加入二氧化硅溶胶、稀释剂和羟基丙烯酸树酯，然后在添加流平剂、固化剂。加入纳米二氧化硅溶胶后罩光漆涂料的耐磨损性、防水和防污染性能大大提高。
[0022]实施例3
本实施例提供一种涂料用单分散纳米二氧化硅胶的制备方法，包括以下步骤:
将正硅酸乙酯5.5ml与蒸馏水20ml加入到乙醇55ml混合，超声分散，得到混合溶液，将4ml、25wt%的饱和氨水溶液溶于乙醇20ml，以3ml/min的速度匀速加入到上述混合溶液中去，期间保持反应温度为23~30°C，在反应过程中一直超声，超声频率为28KHz;反应时间为3小时，得到纳米含量约为2.08wt%的的硅溶胶，粒径为2~20nm。
[0023]将2.5g硅溶胶溶于2.5g乙醇之中，加入非离子表面活性剂聚氧丙烯丙三醇醚
0.25g搅拌均匀得到透明单分散纳米二氧化硅溶胶。
[0024]用单分散纳米二氧化硅溶胶改性水性木器漆，按照水性木器漆的具体组成配比如下:组分含量(wt% )纳 米二氧化硅溶胶20，水性聚丙烯酸酯乳液35，水性聚氨酯乳液30，成膜助剂9，润湿分散剂2，流平剂0.2，防霉剂0.2，消泡剂1，增稠剂1，胶联剂I，消光剂0.6。首先在高速搅拌情况下加入二氧化硅溶胶和润湿分散剂，然后在低速搅拌阶段添加消泡剂、水性聚丙烯酸酯乳液、水性聚氨酯乳液、成膜助剂和其他各种助剂。最后根据需要加入增稠剂和流平剂。加入纳米二氧化硅溶胶后涂料的耐候性耐洗刷性及储存稳定性大大提高。
[0025]实施例4
本实施例提供一种涂料用单分散纳米二氧化硅胶的制备方法，包括以下步骤:
将正硅酸乙酯7.5ml与蒸馏水20ml加入到乙醇95ml混合，超声分散，得到混合溶液，将4ml、25wt%的饱和氨水溶液加入到上述混合溶液中去，反应温度为23~30°C，超声频率为28KHz ;反应时间为3小时，得到纳米％含量约为4.4wt%的的硅溶胶，粒径为2~20nm。
[0026]在2.5g硅溶胶之中，加入非离子表面活性剂聚氧丙烯丙三醇醚0.25g搅拌均匀得到透明单分散纳米二氧化硅溶胶。
[0027]用单分散纳米二氧化硅溶胶改性汽车金属表面漆，按照汽车金属表面漆的具体组成配比如下:组分含量(wt% )纳米二氧化硅溶胶5，羟基丙烯酸树脂28，氨基树脂22.5，聚酯树脂4.5，二甲苯15，醋酸丁酯10，防沉剂2，醋酸纤维素10，分散剂0.2，防霉剂0.2，消泡剂1，增稠剂1，消光剂0.6。首先在高速搅拌情况下加入二氧化硅溶胶和分散剂，然后在低速搅拌阶段添加消泡剂、羟基丙烯酸树脂、氨基树脂、聚酯树脂和其他各种助剂。加入纳米二氧化硅溶胶后涂料的耐候性耐洗刷性及储存稳定性大大提高。
[0028]可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种涂料用单分散纳米二氧化硅溶胶制备方法，包括以下步骤: (1)将正硅酸乙酯、溶剂和蒸馏水混合后在超声情况下加入碱性催化剂，继续超声反应得到二氧化硅纳米粒子溶胶； (2)将表面活性剂加入到纳米硅溶胶之中，搅拌均匀得到。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的碱性催化剂为氨水。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、乙酰丙酮中的一种或者混合液。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，其中正硅酸乙酯在混合溶液中含量为6~18.2wt%,蒸馏水在混合溶液中含量为4~20Wt%，氨水在混合溶液中的含量为6~8.5wt%，余量为溶剂。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，氨水是指含量为25~28wt%的饱和浓氨水溶液。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中控制反应温度为0-90°C，所述超声频率为IO-1OOKHz，反应时间为3~8小时。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的表面活性剂为含羟基、氨基、碳碳双键或羧基的表面活性剂的一种或者是多种混合物。
8.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的表面活性剂为非离子表面活性剂N-甲基吡咯烷酮、聚氧乙烯脂肪醇醚、聚氧乙烯烷基酚醚、聚甘油脂肪酸、聚氧丙烯甘油醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种混合物，其中非离子表面活性剂与二氧化硅溶胶混合的质量比为(1-2): 10，搅拌10分钟。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法制备得到的纳米二氧化硅溶胶在涂料改性中的应用。
10.根据权利要求9中所述的应用，其特征在于，二氧化硅溶胶占涂料组分总质量比为0.4-20%。
【文档编号】C01B33/145GK103964448SQ201410194384
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】洪丽, 熊建民, 陈大华 申请人:奇瑞汽车股份有限公司