专利名称：六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅及其制备方法
技术领域：
本发明涉及改性二氧化硅技术领域，特别是涉及一种六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅 及其制备方法。
背景技术：
纳米Si02/聚合物复合材料是研究者们重点关注的研究体系。纳米Si02粒子表面存在大
量羟基，表面活性很高，易于团聚，在有机聚合物中的分散性及与聚合物的界面粘结状况不
好，因此需要对Si02粒子表面进行改性以降低其表面活性从而改善其在聚合物中的分散及其 与聚合物材料的粘结。纳米Si02表面改性方法主要有机械化学改性、外膜层改性、表面覆盖
改性以及局部活性改性。
硅溶胶是无定形Si02聚集颗粒在水中均匀分散的胶体溶液，其主要成分是胶体形态的水
合Si02，胶粒大小一般为5 100nm。应用硅溶胶与聚烯烃材料共混可改善Si02粒子在聚合物 材料基体中的分散性并提高聚烯烃的性能。但硅溶胶中的Si02聚集颗粒表面同样存在大量的 羟基，疏水性能差，与有机聚合物材料共混时的亲和性有待提高。
发明内容
基于现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提高二氧化硅的疏水性能， 增强其与有机聚合物材料的表面亲和力，以改善其在聚合物中的分散性及粘结性，提供一种 六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案
按照摩尔份计算，本发明六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅是由六甲基二硅氮烷1 7份 加入到浓度为7. 24% 30. 7% (重量)的酸性硅溶胶10份中制备而成，其中酸性硅溶胶的摩尔 量以二氧化硅计算。
优选的，上述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅是由六甲基二硅氮烷1 5份加入到浓度 为8. 96% 24. 83% (重量)的酸性硅溶胶10份中制备而成。
最佳的，前述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅是由六甲基二硅氮烷5份加入到浓度为 9.8% (重量)的酸性硅溶胶10份中制备而成。
前述的酸性硅溶胶的pH值为1 1. 3。
优选的，前述酸性硅溶胶的pH值为l. 14。前述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制备方法取酸性硅溶胶，置于25 65。C的恒 温水浴中，加入六甲基二硅氮烷，搅拌，反应1 6小时，置于干燥箱中在80 12(TC干燥成 固体，研磨成细粉，在120 13(TC干燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
优选的，上述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制备方法为取酸性硅溶胶，置于25 45。C的恒温水浴中，以1滴/8 12秒的速度滴加六甲基二硅氮烷，450 600转/分钟的速度 搅拌，反应1 3小时，置于真空干燥箱中在80 12(TC干燥成固体，研磨成细粉，在120 13(TC继续干燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
最佳的，前述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制备方法为取酸性硅溶胶，置于35 。C的恒温水浴中，以1滴/10秒的速度滴加六甲基二硅氮烷，500转/分钟的速度搅拌，反应2 小时，置于真空干燥箱中在10(TC干燥成固体，研磨成细粉，在125'C继续干燥至恒重，即得 六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
硅溶胶是一种无机高分子材料，其胶粒(即二氧化硅分子)表面覆盖了大量羟基，在酸 性条件下，利用六甲基二硅氮烷与二氧化硅分子表面所覆盖的羟基间的脱水反应将一 Si(CH3)3接枝到硅溶胶分子中，然后干燥，制备改性二氧化硅。
从附图l可以看出，在2960.83cm—工处出现了一个很明显的一CH3的C-H振动吸收峰，在 855. 40cm—工处也出现了一个较微小的峰，归属于Si-C振动吸收峰，同时在1080. 25cm—、 474. 27cm—、 800. 29cm—工处出现的三个峰，归属于Si-O-Si振动吸收峰，此傅立叶红外光谱图 即可充分说明一Si (CH3) 3已接枝到二氧化硅分子上。
从附图2 (包括a、 b和c)可以看出，控制不同的反应物摩尔比、反应温度和反应时间都 可使接枝率(接枝率以一Si(CH3)3占改性二氧化硅产物的质量百分含量来表征)出现先升 后降的变化，其中当n(HMDS)/n(Si Sols)为5:10、反应温度35。C、反应时间为2h时，可使接 枝率达到最大。
与现有技术相比，本发明利用分子间脱水反应将六甲基二硅氮烷中的一Si(CH3)3基团接 枝到硅溶胶分子中，使得硅溶胶的胶粒表面布满一Si (CH3)3基团，经干燥制得改性二氧化硅 ，有效提高了二氧化硅的疏水性能，从而大大提高了二氧化硅与有机聚合物之间的亲和性， 扩大了 二氧化硅在有机聚合物中的应用。
图l是六甲基二硅氮烷接枝硅溶胶的傅立叶红外光谱图2 (a)是六甲基二硅氮烷(HMDS)和硅溶胶(Si Sols)的摩尔比对接枝率的影响，其中，硅溶胶的摩尔量以二氧化硅计算；
图2 (b)是反应温度(°C)对接枝率的影响； 图2 (c)是反应时间(h)对接枝率的影响。
具体实施例方式
以下仅用优选实施方式为例对本发明的技术内容进行具体阐述，在技术方案所述范围内 均可得到六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
取质量浓度为9.8%、 pH值为l. 14的硅溶胶100g，倒入三口烧瓶中，将反应体系置于35。C 的恒温水浴槽中，在三口烧瓶中插入电动搅拌棒、温度计和直形冷凝管。取50g六甲基二硅 氮烷(HMDS)，置于滴液漏斗中，设定HMDS的滴加速度平均为ld/10s (以保持反应温度恒定 )、搅拌棒的搅拌速度为500r/min，并开启冷凝水回流。滴加HMDS，反应2小时后，置于真 空干燥箱中在10(TC干燥成固体，研磨成细粉，随后在125'C继续干燥至恒重，即得六甲基二 硅氮烷接枝改性二氧化硅。
所得的改性二氧化硅具有很好的疏水性能，可广泛应用于有机聚合物材料例如聚烯烃的 共混改性。
权利要求
权利要求1一种六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅，其特征在于按照摩尔份计算，它是由六甲基二硅氮烷1～7份加入到浓度为7.24％～30.7％(重量)的酸性硅溶胶10份中制备而成，其中酸性硅溶胶的摩尔量以二氧化硅计算。
2. 按照权利要求l所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅，其特征在 于按照摩尔份计算，它是由六甲基二硅氮烷1 5份加入到浓度为8.96% 24.83% (重量) 的酸性硅溶胶10份中制备而成。
3. 按照权利要求2所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅，其特征在 于按照摩尔份计算，它是由六甲基二硅氮烷5份加入到浓度为9.8% (重量)的酸性硅溶胶 IO份中制备而成。
4. 按照权利要求1至3任一所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅， 其特征在于所述酸性硅溶胶的pH值为1 1.3。
5. 按照权利要求4所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅，其特征在 于所述酸性硅溶胶的pH值为l. 14。
6. 权利要求1至5任一所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制备 方法，其特征在于取酸性硅溶胶，置于25 65。C的恒温水浴中，加入六甲基二硅氮烷，搅 拌，反应1 6小时，置于干燥箱中在80 12(TC干燥成固体，研磨成细粉，在120 13(TC干 燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
7. 按照权利要求6所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制备方法 ，其特征在于取酸性硅溶胶，置于25 45'C的恒温水浴中，以1滴/8 12秒的速度滴加六 甲基二硅氮烷，450 600转/分钟的速度搅拌，反应1 3小时，置于真空干燥箱中在80 12(TC干燥成固体，研磨成细粉，在120 13(TC继续干燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝 改性二氧化硅。
8. 按照权利要求7所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制备方法 ，其特征在于取酸性硅溶胶，置于35'C的恒温水浴中，以1滴/10秒的速度滴加六甲基二硅氮烷，500转/分钟的速度搅拌，反应2小时，置于真空干燥箱中在10(TC干燥成固体，研磨成 细粉，在125'C继续干燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
全文摘要
本发明公开了一种六甲基二硅氮烷接枝改性硅溶胶及其制备方法，它是由六甲基二硅氮烷在恒温条件加入到酸性硅溶胶中，将反应产物干燥制备而成，本发明利用分子间脱水反应将六甲基二硅氮烷中的-Si(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>基团接枝到硅溶胶分子中，使得硅溶胶的胶粒表面布满-Si(CH<sub>3</sub>)<sub>3</sub>基团，有效提高了硅溶胶的疏水性能，从而大大提高了硅溶胶与有机聚合物之间的亲和性，扩大了硅溶胶在有机聚合物中的应用。
文档编号C08K9/00GK101429290SQ20081030655
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月26日 优先权日2008年12月26日
发明者杰 于, 杨 刘, 伟 李, 智 胡, 鲁圣军 申请人:国家复合改性聚合物材料工程技术研究中心