本发明涉及一种钛改性硅溶胶及其制备方法。
背景技术：
硅溶胶其内部的硅氧烷键(-Si-O-Si-)，覆盖在胶团表面硅氧醇基(-SiOH)和羟基(-OH)和溶液中的金属离子共同组成了扩散双电层结构，因此，在硅溶胶表面存在不饱和的残键和不同键和状态的羟基，如图1所示硅溶胶的结构。
由于硅溶胶表面存在羟基，相邻羟基彼此以氢键结合，孤立羟基的氢原子正电性强，易与负电性原子吸附，与含羟基化合物发生脱水缩合反应，因此，硅溶胶处于热力学非稳态，很容易团聚在一起，形成尺寸较大的团聚体，且当硅溶胶发生团聚形成凝胶后，不可通过加热、加另外的试剂或者其他条件使之重新变为溶胶。
因此如何制备粒径分布均匀的“稳定”的硅溶胶，是应用领域的一个焦点问题，迄今为止，虽然有很多的纳米二氧化硅表面改性工艺，但是都存在各自的弊端。如：硅烷偶联剂改性的方法虽然简单易行，但由于硅烷偶联剂的价格昂贵，不宜大规模生产；用聚合物进行接枝聚合改性的方法，由于存在均聚反应，接枝率较低，对材料的力学性能产生一定的影响；酯化反应法的缺点是酯基容易发生水解，并且其热稳定性较差。
技术实现要素：
本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种钛改性硅溶胶及其制备方法，其制备工艺简单，硅溶胶体系稳定，且硅溶胶的粒径在200-800nm间可控。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种钛改性硅溶胶，其配方包括：硅粉15-35g；NaOH 0-2g；钛盐5-50g；络合剂10-250g；H2O 50-200g。
进一步，所述钛盐为钛酸四丁酯，钛酸四异丙酯、硫酸钛的任一种。
进一步，所述络合剂为过氧化氢、乙醇、二乙醇胺中的任一种。
一种钛改性硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)按配方，在水中加入硅粉，搅拌均匀；
(2)加入NaOH作为催化剂，搅拌,并置于恒温浴中保温，制备得到未改性的硅溶胶，
(3)将钛盐和络合剂按配方水解，得到Ti(OH)4；
(4)将(3)中配制好的钛盐水解产物Ti(OH)4缓慢加入(2)中所述未改性的硅溶胶中，搅拌，并保温；
(5)停止加热、停止搅拌，反应体系自然降至室温；
(6)过滤、分离，即可得到钛改性的硅溶胶。
进一步，步骤(2)中恒温浴的温度控制在50-90℃之间。
进一步，步骤(2)中恒温的时间控制在3-9h之间。
进一步，步骤(2)中催化剂NaOH与硅粉的比例(物质的量)控制在1:10—25之间。
进一步，步骤(3)中钛盐与络合剂的比例(物质的量)控制在1:1—30之间。
进一步，步骤(4)中的温度控制在50-90℃之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所述一种钛改性硅溶胶及其制备方法可以将有效降低硅溶胶粒子表面羟基(-OH)数目，阻止溶胶粒子的团聚团聚，得到“稳定”的改性硅溶胶。与现有技术相比，本发明最突出的优势在于工艺简单，且改性效果良好。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中：
图1是硅溶胶的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明利用钛盐的水解产物Ti(OH)4的(-OH)与纳米二氧化硅表面的羟基(-OH)发生缩合反应，对纳米二氧化硅表面进行改性，反应原理如下：
通过上述的脱水缩合反应，可以将有效降低硅溶胶粒子表面羟基(-OH)数目，阻止溶胶粒子的团聚团聚，得到“稳定”的改性硅溶胶。
实施例1
(1)在200g水中加入25g硅粉，搅拌均匀；
(2)加入0.4g NaOH催化剂，搅拌，并置于恒温浴(90℃)中保温3h，制备得到未改性的硅溶胶；
(3)将50g钛酸四丁酯和35g二乙醇胺加入水中，水解，得到Ti(OH)4；
(4)将(3)中配制好的钛盐水解产物缓慢加入(2)中所述的硅溶胶体系中，搅拌，并于60℃下保温20min；
(5)停止加热、停止搅拌，反应体系自然降至室温；
(6)过滤、分离，即可得到钛改性的硅溶胶。
采用激光粒度仪S3500对该硅溶胶样品进行测试，结果表明：该硅溶胶的粒度在507nm左右，且分布较为均匀。
实施例2
(1)在200g水中加入25g硅粉，搅拌均匀；
(2)加入0.2g NaOH催化剂，搅拌,并置于恒温浴(80℃)中保温6h，制备得到未改性的硅溶胶；
(3)将24g硫酸钛加入217g的H2O2中，水解，得到Ti(OH)4；
(4)将(3)中配制好的钛盐水解产物缓慢加入(2)中所述的硅溶胶体系中，搅拌，并于60℃下保温20min；
(5)停止加热、停止搅拌，反应体系自然降至室温；
(6)过滤、分离，即可得到钛改性的硅溶胶。
采用激光粒度仪S3500对该硅溶胶样品进行测试，结果表明：该硅溶胶的粒度在275nm左右，且分布较为均匀。
实施例3
(1)在200g水中加入25g硅粉，搅拌均匀；
(2)加入0.3g NaOH催化剂，搅拌,并置于恒温浴(60℃)中保温9h，制备得到未改性的硅溶胶；
(3)将50g钛酸四异丙酯和25g乙醇加入水中，水解，得到Ti(OH)4；
(4)将(3)中配制好的钛盐水解产物缓慢加入(2)中所述的硅溶胶体系中，搅拌，并于60℃下保温25min；
(5)停止加热、停止搅拌，反应体系自然降至室温；
(6)过滤、分离，即可得到钛改性的硅溶胶。
采用激光粒度仪S3500对该硅溶胶样品进行测试，结果表明：该硅溶胶的粒度在689nm左右，且分布较为均匀。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。