一种改性纳米二氧化硅的制备方法与流程

本发明属于纳米材料，具体涉及一种改性纳米二氧化硅的制备方法。

背景技术：

1、随着我国对环境的要求越来越严格，溶剂型体系的应用受到越来越多的限制，这就给水性体系带来机会。对于水性体系，二氧化硅的应用是重要的组成之一，但目前水性体系二氧化硅的分散剂稳定是一个亟待解决的问题之一。纳米二氧化硅(sio2)作为一种精细化工产品，它在材料补强、体系增稠、触变性、消光方面有诸多应用。纳米二氧化硅用于涂料中还可提高耐洗刷、耐划伤、耐候性、耐玷污性等性能。

2、对未改性的sio2纳米粒子，由于其比表面积大，具有团聚的倾向，因而会具有沉淀于底部的趋势，尤其是对低粘度体系，从而影响二氧化硅的应用。因此，一般二氧化硅都需要进行化学改性而提高其分散稳定性，为了减少纳米二氧化硅团聚，改善其在有机溶剂中分散性，需要对纳米二氧化硅进行亲油改性。纳米二氧化硅表面亲油改性通常采用后改性法，也就是对制备好的亲水纳米二氧化硅分离干燥之后进行改性，选择合适的改性剂，能获得亲油性良好的纳米二氧化硅。但是由于亲水纳米二氧化硅制备过程和改性过程不连贯，导致亲油纳米二氧化硅的制备过程复杂，生产成本高。

技术实现思路

1、为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种改性纳米二氧化硅的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种改性纳米二氧化硅的制备方法，包括以下步骤，

3、步骤1：将氨水与氟硅酸铵溶液进行混合，在20℃-25℃的温度下反应45min-60min，并持续注入氨水，使氨水和氟硅酸铵溶液的质量比为1:4，通过超声波振荡设备对混合溶液高频谐振，陈化50min-60min，过滤，干燥得到纳米二氧化硅颗粒；

4、步骤2：将纳米二氧化硅颗粒置入醇溶剂中，正硅酸乙酯为前驱体，并添加碱催化剂制备得到纳米二氧化硅醇溶液；

5、步骤3：对纳米二氧化硅醇溶液进行预处理，将三甲基硅氧烷改性剂，加入到溶剂中，在碱催化下使三甲基硅氧烷在二氧化硅表面接枝反应，得到含有亲油基团的纳米二氧化硅醇溶液；

6、步骤4：将含有亲油基团的纳米二氧化硅醇溶液与化学试剂进行二次改性，将二次改性的溶液过滤，干燥得到改性纳米二氧化硅颗粒。

7、本发明一个较佳实施例中，步骤1中，纳米二氧化硅的粒径为5-1000nm，且纳米二氧化硅的形状为单分散、链状、树枝状或哑铃状。

8、本发明一个较佳实施例中，步骤1中，氟硅酸铵水溶液的浓度为3wt％～10wt％，超声波振荡设备的谐振时间为25min-40min。

9、本发明一个较佳实施例中，步骤2中，醇溶液为乙醇、丙醇和丁醇中的一种或几种的组合。

10、本发明一个较佳实施例中，步骤2中，纳米二氧化硅醇溶液与三甲基硅氧烷改性剂的质量比为3:3-5。

11、本发明一个较佳实施例中，步骤3中，三甲基硅氧烷改性剂为含氨基的三甲氧基硅烷、含环氧基的三甲氧基硅烷中的任意一种。

12、本发明一个较佳实施例中，步骤3中，将纳米二氧化硅醇溶液以每分钟3-5℃的升温速率，加热至40-50℃，并维持25-35min。

13、本发明一个较佳实施例中，所述步骤3中，对纳米二氧化硅醇溶液和三甲基硅氧烷改性剂的混合溶液搅拌2-6h，陈化2-6d。

14、本发明一个较佳实施例中，步骤4中，化学试剂为十二胺、十六胺、十八胺中的一种或几种。

15、本发明一个较佳实施例中，步骤4中，二次改性的反应温度为40-100℃，反应时间为10-16h。

16、本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：

17、1、该改性纳米二氧化硅的制备方法，通过含氨烷基的三甲基硅氧烷对二氧化硅进行修饰，再利用胺基及环氧的反应活性，进一步对胺基及环氧进行二次改性，使二氧化硅表面带有低表面能的长碳链官能团，可以提高二氧化硅在油性体系中的分散稳定性。

18、2、该改性纳米二氧化硅的制备方法，通过氨基与环氧开环反应，将长碳链引入到二氧化硅表面，通过长碳链赋予二氧化硅高稳定性和亲油性，实现二氧化硅的稳定分散，防止二氧化硅的团聚及沉淀。

19、3、该改性纳米二氧化硅的制备方法，该高疏水性的二氧化硅分散体，通过超声波振荡设备能够在氨水和氟硅酸铵溶液反应时，可以将反应溶液均匀分割均匀，加快了传递的进行，提高了混合后反应体系的均匀性，同时在进行陈化和过滤后能够直接获得复合标准的纳米二氧化硅颗粒，避免在制备二氧化硅颗粒后再次对其进行粉碎，减少了工序流程，提高了制备效率。

20、4、该改性纳米二氧化硅的制备方法，通过控制氨水的浓度，使氨水与氟硅酸铵的物质的量之比控制在1:4，即保持氨气始终处于一定的过饱和状态。

技术特征：

1.一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：步骤1中，纳米二氧化硅的粒径为5-1000nm，且纳米二氧化硅的形状为单分散、链状、树枝状或哑铃状。

3.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：步骤1中，氟硅酸铵水溶液的浓度为3wt％～10wt％，超声波振荡设备的谐振时间为25min-40min。

4.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：步骤2中，醇溶液为乙醇、丙醇和丁醇中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：步骤2中，纳米二氧化硅醇溶液与三甲基硅氧烷改性剂的质量比为3:3-5。

6.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：步骤3中，三甲基硅氧烷改性剂为含氨基的三甲氧基硅烷、含环氧基的三甲氧基硅烷中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：步骤3中，将纳米二氧化硅醇溶液以每分钟3-5℃的升温速率，加热至40-50℃，并维持25-35min。

8.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述步骤3中，对纳米二氧化硅醇溶液和三甲基硅氧烷改性剂的混合溶液搅拌2-6h，陈化2-6d。

9.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：步骤4中，化学试剂为十二胺、十六胺、十八胺中的一种或几种。

10.根据权利要求1所述的一种改性纳米二氧化硅的制备方法，其特征在于：步骤4中，二次改性的反应温度为40-100℃，反应时间为10-16h。

技术总结
本发明公开了一种改性纳米二氧化硅的制备方法，包括以下步骤，步骤1：将氨水与氟硅酸铵溶液进行混合，在20℃‑25℃的温度下反应45min‑60min，并持续注入氨水，使氨水和氟硅酸铵溶液的质量比为1:4，通过超声波振荡设备对混合溶液高频谐振，陈化50min‑60min，过滤，干燥得到纳米二氧化硅颗粒；步骤2：将纳米二氧化硅颗粒置入醇溶剂中，正硅酸乙酯为前驱体，并添加碱催化剂制备得到纳米二氧化硅醇溶液。其有益效果是，该改性纳米二氧化硅的制备方法，通过含氨烷基的三甲基硅氧烷对二氧化硅进行修饰，再利用胺基及环氧的反应活性，进一步对胺基及环氧进行二次改性，使二氧化硅表面带有低表面能的长碳链官能团，可以提高二氧化硅在油性体系中的分散稳定性。

技术研发人员：张怀胜,方海斌,刘锐
受保护的技术使用者：苏州达米昂科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12