CN100339445C - 一种纳米二氧化硅乳液及其制造方法和用途 - Google Patents

一种纳米二氧化硅乳液及其制造方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米二氧化硅乳液其及制造方法和用途,该乳液含有纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂和水,所述纳米二氧化硅与所述硅烷偶联剂结合为一种疏水型微粒,所述疏水型微粒被所述表面活性剂包覆而分散于水中。乳液的制造方法:在二氧化硅在水中的胶体溶液中加入可溶于水的醇,再加入硅烷偶联剂,再加入表面活性剂和水;另一种制造方法:在纳米二氧化硅凝胶中加入可溶于水的醇或所述醇的水溶液,再加入硅烷偶联剂,再加入表面活性剂和水。使用方法:乳液直接加入到水性涂料中,用于水性涂料的改性。改进水性涂料的光学性能、抗老化性能、耐洗性能和改善水性涂料的悬浮稳定性、流变性和自洁性。

Description

一种纳米二氧化硅乳液及其制造方法和用途
技术领域
本发明涉及一种纳米二氧化硅乳液其及制造方法和用途。
背景技术
近年来,人们对纳米二氧化硅的制备和应用都作了大量的研究,随着纳米二氧化硅生产技术的逐步成熟,众多的研究力图把纳米二氧化硅应用于各个领域中,但由于纳米二氧化硅的分散问题,影响了改性效率和改性作用的充分发挥,也制约了纳米二氧化硅的进一步推广应用,纳米二氧化硅在水性溶剂中的应用大体如下。
《精细化工》二00二年八月(第十九卷第八期)公开的“微乳液制备条件对纳米SiO2粒子形貌和粒径分布的影响”一文中,描述了一种纳米SiO2的微乳液,该微乳液包括表面活性剂(TritonX-100)、正辛醇、环乙烷、水,在连续油相中,通过表面活性剂和助表面活性剂为界面膜,生成W/O型微乳液,在其中,该微乳液作为微型反应器,由正硅酸乙酯(TEOS)水解反应的纳米SiO2。其方法为TritonX-100和正辛醇混合,再加环乙烷,超声波振荡均匀,成浑浊乳状液,然后滴加水至得到所需W/O微乳液,然后通过滴加正硅酸乙酯,在该微乳液内使其水解生产成纳米SiO2,但该微乳液为油包水结构,而且被包覆的是纳米SiO2含水凝胶,不能直接作水性物质的纳米二氧化硅的改性材料。
另外,《化工新型材料》(第二十八卷第22至24页)公开了“纳米SiOX在涂料中的分散作用”一文,文献描述了纳米SiOX表面疏水性和表面两亲性改性(化学改性)后,经物理分散应用于水性涂料中。但该种纳米SiOX改性水性涂料的方法存在以下不足:一是纳米SiOX经化学改性和物理改性后,大大提高了纳米SiOX的分散性能,但由于纳米SiOX粒子间的范得华力的作用而团聚,使其的分散性受到了限制;二是由于纳米SiOX分散性不足,导致纳米SiOX入量的增加,使成本上升:三是应用企业在使用时需增加工艺步骤,同时还要添置相关专用设备。
发明内容
本发明拟解决的问题是提供一种能把纳米SiOX分散到水性溶液中,具有良好分散性的纳米二氧化硅乳液,以及乳液的制备方法和该乳液的使用方法。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:一种纳米二氧化硅乳液,它含有纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂和水;所述纳米二氧化硅与所述硅烷偶联剂结合为一种疏水型微粒,所述疏水型微粒被所述表面活性剂包覆而分散于水中。
所述纳米二氧化硅含量为5%~20%,所述表面活性剂含量为5%~15%,所述硅烷偶联剂的含量为纳米二氧化硅量的0.2%~15%。
上述表面活性剂是适宜于制水包油乳液的乳化剂。
上述纳米二氧化硅乳液的制造方法:
a、在二氧化硅在水中的胶体溶液中加入可溶于水的醇;
b、在步骤a得到的混合物中加入硅烷偶联剂;
c、在步骤b得到的混合物中加入表面活性剂和水。
上述纳米二氧化硅乳液的另一种制造方法:
a:在纳米二氧化硅凝胶中加入可溶于水的醇或所述醇的水溶液;
b:在步骤a得到的混合物中加入硅烷偶联剂;
c:在步骤b得到的混合物中加入表面活性剂和水。
前述纳米二氧化硅乳液的使用方法:通过将所述纳米二氧化硅乳液其直接加入到水性涂料中,用于水性涂料的改性。其加入量为水性涂料的1%~30%。
由于本发明的纳米二氧化硅乳液,它含有纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂和水;而且纳米二氧化硅与所述硅烷偶联剂结合为一种疏水型微粒,所述疏水型微粒被所述表面活性剂包覆而分散于水中。这种结构使疏水型纳米二氧化硅微粒具备良好的亲水性,同时具有良好的分散性和稳定性。另外,前述两种纳米二氧化硅乳液的制造方法为形成纳米二氧化硅与所述硅烷偶联剂结合为一种疏水型微粒,所述疏水型微粒被所述表面活性剂包覆而分散于水中的结构提供了保障,两种方法中加入可溶于水的醇,有利于反应的稳定和反应速度的加快。最后,由于本发明的乳液为一种亲水的物质,通过加入到水性涂料,使水性涂料得到纳米二氧化硅的改性,改进水性涂料的光学性能、抗老化性能、耐洗性能和改善水性涂料的悬浮稳定性、流变性和自洁性。
具体实施方式
一、纳米二氧化硅乳液
本发明的纳米二氧化硅乳液,含有纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂和水;所述纳米二氧化硅与所述硅烷偶联剂结合为一种疏水型微粒,所述疏水型微粒被所述表面活性剂包覆而分散于水中。所述乳液的纳米二氧化硅含量为5%~20%,所述表面活性剂含量为5%~15%,所述硅烷偶联剂的含量为纳米二氧化硅量的0.2%~15%。上述硅烷偶联剂是一类具有亲水亲油两性结构的物质,其分子一端的基团可与纳米二氧化硅的硅醇基反应形成牢固的化学键,另一基团则具有亲油性。所述硅烷偶联剂与二氧化硅结合为一种疏水型微粒状态存在,本发明所述硅烷偶联剂在二氧化硅乳液的含量仅指配制本发明乳液硅烷偶联剂的加入量。本发明所述表面活性剂为适宜制取水包油乳液的乳化剂。表面活性剂的亲油基一端吸附在与硅烷偶联剂反应生成的疏水型纳米二氧化硅微粒上,形成一包覆膜,使其能较好地分散于水性溶剂中,得到本发明所述乳液。
本发明所述的硅烷偶联剂和表面活性剂并不限于一定的品种和型号。为论述方便,下面的实施例均以市售的硅烷偶联剂A-187[γ-(2,3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和表面活性剂Tween 60(聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯)举例说明。
二、本发明纳米二氧化硅乳液的制造方法。
实施例1
取二氧化硅含量为25%的胶体溶液(硅溶胶,有市售)200克,加入工业乙二醇100克,配合成混合物,混合均匀后,在上述混合物中加入A-187硅烷偶联剂5克,混合半小时后,加入Tween 60表面活性剂50克,然后加水至乳液的总量为1000克。
如胶体溶液中二氧化硅含量不是25%,则换算称取二氧化硅净含量相等的胶体溶液。以下实施例均同。
实施例2
取二氧化硅含量为25%的胶体溶液(硅溶胶,有市售)800克,加入工业乙二醇100克,配合成混合物,混合均匀后,在上述混合物中加入A-187硅烷偶联剂20克,混合半小时后,加入Tween 60表面活性剂50克,然后加水至乳液的总量为1000克。
实施例3
取二氧化硅含量为25%的胶体溶液(硅溶胶,有市售)400克,加入工业乙二醇100克,配合成混合物,混合均匀后,在上述混合物中加入A-187硅烷偶联剂10克,混合半小时后,加入Tween 60表面活剂50克,然后加水至乳液的总量为1000克。
按照实施例1-3中,加入的表面活性剂Tween 60(聚氧乙烯失水山梨醇单硬脂酸酯)改为任何一种适宜于制水包油结构的乳化剂,其加入量还可以是100克或150克,其它操作不变,仍可为本发明的保护范围。
上述实施例中,最后加入表面活性剂,然后加水至乳液的总量为1000克,可以先将表面活性剂和水混合后加入。
实施例4
取含二氧化硅50克的凝胶,加入工业乙二醇100克和150克水,配合成混合物,混合均匀后,在上述混合物中加入A-187硅烷偶联剂5克,混合半小时后,加入表面活性剂50克,然后加水至乳液的总量为1000克。
上述二氧化硅凝胶由硅酸钠或硅酸乙酯或硅溶胶经凝胶或沉淀反应制得。
按照实施例4,改变二氧化硅凝胶加量,含二氧化硅为100克或150克,加入的表面活性剂改为100克或150克,其它操作不变,仍可为本发明的实施例。同时最后加入表面活性剂,然后加水至乳液的总量为1000克,可以先将表面活性剂和水混合后加入。
按照实施例1-4,所加入的工业乙二醇可以用相当量的丙醇或乙醇或二乙二醇或丙二醇替代。
本发明纳米二氧化硅乳液使用方法的实施例。
实施例1
将按照上述方法获得的纳米二氧化硅乳液,取10克直接加入到1000克水性涂料中,搅拌后得到改性后的水性涂料。
实施例2
将纳米二氧化硅乳液,取100克直接加入到1000克水性涂料中,搅拌后得到改性后的水性涂料。
实施例3
将纳米二氧化硅乳液,取300克直接加入到1000克水性涂料中,搅拌后得到改性后的水性涂料。
通过实验测得,上述经改性后的水性涂料的光学性能、抗老化性能、耐洗性能、悬浮稳定性和流变性都得到了改善。

Claims (11)

1、一种纳米二氧化硅乳液,其特征在于它含有纳米二氧化硅、硅烷偶联剂、表面活性剂和水;所述纳米二氧化硅与所述硅烷偶联剂结合为一种疏水性微粒,所述疏水性微粒被所述表面活性剂包覆而分散于水中。
2、根据权利要求1所述的纳米二氧化硅乳液,其特征在于所述纳米二氧化硅含量为5%~20%,所述表面活性剂含量为5%~15%,所述硅烷偶联剂的含量为纳米二氧化硅量的0.2%~15%。
3、根据权利要求1所述的纳米二氧化硅乳液,其特征在于所述表面活性剂是适宜于制水包油乳液的乳化剂。
4、权利要求1-3任一项所述纳米二氧化硅乳液的制造方法:
a、在二氧化硅在水中的胶体溶液中加入可溶于水的醇;
b、在步骤a得到的混合物中加入硅烷偶联剂;
c、在步骤b得到的混合物中加入表面活性剂和水。
5、根据权利要求4所述的纳米二氧化硅乳液的制造方法,其特征在于所述步骤c加入的表面活性剂和水为表面活性剂和水的混合物。
6、根据权利要求4或5所述的纳米二氧化硅乳液的制造方法,其特征在于所述在纳米二氧化硅在水中的胶体溶液中加入的可溶于水的醇是乙醇或丙醇或乙二醇或二乙二醇或丙二醇。
7、权利要求1~3任一项所述纳米二氧化硅乳液的制造方法:
a:在纳米二氧化硅凝胶中加入可溶于水的醇或所述醇的水溶液;
b:在步骤a得到的混合物中加入硅烷偶联剂;
c:在步骤b得到的混合物中加入表面活性剂和水。
8、根据权利要求7所述的纳米二氧化硅乳液的制造方法,其特征在于所述步骤c中加入的表面活性剂和水为表面活性剂和水的混合物。
9、根据权利要求7或8所述的纳米二氧化硅乳液的制造方法,特征在于所述纳米二氧化硅凝胶中加入的可溶于水的醇是乙醇或丙醇或乙二醇或二乙二醇或丙二醇。
10、权利要求1~3任一项所述纳米二氧化硅乳液的使用方法,其特征在于它直接加入到水性涂料中,用于水性涂料的改性。
11、根据权利要求10所述纳米二氧化硅乳液的使用方法,其特征在于所述纳米二氧化硅乳液的加入量为水性涂料的1%~30%。
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