CN101085881A - 一种新的超细二氧化硅的改性方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新的超细二氧化硅的改性方法。以水玻璃和硫酸为原料，沉淀法制备原硅酸凝胶，进行共沸蒸馏处理，在特定工艺条件下用硬脂酸，二甲基二氯硅烷等进行改性处理，利用二氧化硅粒子在共沸溶液中呈现良好的分散状态，便于对粒子进行包敷的特点，制得具有不同化学物理特性的粉体材料。该方法简单易行，所得薄粉体材料具有良好的分散性，改性剂用量较少，易于大批量生产。
Description
技术领域
本发明涉及无机填料的功能化制备方法，特别是对二氧化硅粉体的表面改性方法。
技术背景
超细二氧化硅，作为无机填料的一种，因其具有高纯度、低密度、高比表面积、分散性好、表面硅醇基与活性硅烷键能形成强弱不等的氢键，光学性能和机械性能优良而广泛应用与催化剂载体、高分子复合材料、电子封装材料、精密陶瓷材料、橡胶、造纸、塑料、玻璃钢、粘结剂、高档填料、密封胶、涂料、光导纤维、精密铸造等诸多行业的产品中。
作为无机填料，二氧化硅一般都能给单一的基体材料增韧、补强、提高制品的耐老化，耐腐蚀等能力，而且大都能降低制品的成本。一般认为无机填料的粒径越小，填料的作用就越突出。由于超细二氧化硅的颗粒尺寸小，比表面积大，表面存在大量不饱和残键及不同键合状态的羟基，因而相互间很易产生氢键作用而团聚，在聚合物中这种团聚会导致材料的机械性能下降、稳定性下降、材料的透光率变低等不良情况。为了改善这种情况，研究者们采用一些方法将超细二氧化硅更好地分散在聚合物中。
工业上一般采用湿法改性二氧化硅，在湿法合成超细粉体的整个工艺过程中，从化学反应成核，晶粒生长到凝胶的洗涤、干燥以及粉体的焙烧，其中的每一个阶段均可能产生团聚结构，干燥过程中团聚最为严重。超细二氧化硅粉体由于粒度小，比表面积大，表面原子比例大，因而很容易团聚，形成二次粒子，使粒子粒径变大，失去其所应具备的一些特性，给粉体的制备和保存带来了很大困难，为此，采用共沸蒸馏的方式进行脱水处理，可以防止超细二氧化硅粒子在干燥过程中出现硬团聚的问题； 以正丁醇为共沸蒸馏剂，在共沸蒸馏过程中，粒子在正丁醇中呈现较好的分散状态，此时加入改性剂对二氧化硅粒子进行湿法改性，便于对粒子进行包敷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的超细二氧化硅的表面改性方法，即将制得的原硅酸凝胶进行共沸蒸馏处理，在共沸蒸馏过程中加入改性剂进行改性，在二氧化硅共沸蒸馏过程中，有一特定时间段内，共沸液处于溶胶状态，此时二氧化硅粒子在共沸溶液中呈现良好的分散状态，这时加入改性剂，便于对粒子进行包敷。从而制得分散性好的超细二氧化硅粉体。
本发明的制备方法：以水玻璃和硫酸为原料，制备原硅酸凝胶，并用去离子水反复洗涤数次，用5％的BaCl2溶液鉴定洗出水中是否还有硫酸根离子，洗涤完后，过滤得到原硅酸凝胶；将原硅酸凝胶与适量的正丁醇搅拌均匀，然后将混合物转移到500mL的三口烧瓶中，加热进行共沸蒸馏，在共沸蒸馏一段时间后，共沸液呈透明状态，此时加入适量的改性剂，当温度升到93℃左右(水和正丁醇的共沸点)时，水以共沸物的形式蒸出而逐步被分离脱除。水份全部被蒸出后，温度上升到117℃(正丁醇的沸点)，此时再冷凝回流一段时间，即可停止加热，结束蒸馏。然后趁热过滤，将过滤所得产物在110℃的烘箱中干燥1小时即可得到改性的超细二氧化硅粉末。
本发明所用原料水玻璃北京红星化工厂生产，硫酸和氯化钡由北京化工三厂生产，正丁醇由北京伟思特化学试剂公司生产，硬脂酸由天大化工实验厂生产，二二甲基二氯硅烷由国药集团化学试剂公司生产。
附图说明
图1-3分别为实施例1-3所得产品的粒度分布图
具体实施方式
本发明的制备方法包括超细二氧化硅的制备，共沸蒸馏和表面改性三部分，通过以下代表性实施例可以更好地理解本发明，尽管给出了这些实施例，但还应包括：在不偏离本发明范围条件下，对公开的方法进行本领域技术人员显而易见的各种改变。
实施例1
(1)配制14％的水玻璃溶液于三口瓶中，放置在水浴恒温在85℃，开始用滴液漏斗滴加85℃的1mol/L硫酸溶液，约以4～5mL/min的速度加入，强力搅拌，并用广泛pH值试纸测量反应液的pH值的变化，当pH值到8-9时，停止滴加稀硫酸，搅拌陈化约2h，陈化温度为85℃；
(2)趁热过滤所得的溶胶，并用去离子水反复洗涤数次，用5％的BaCl2溶液鉴定洗出水中是否还有硫酸根离子，洗涤完后，过滤得到原硅酸凝胶；
(3)将过滤洗涤后的原硅酸凝胶与适量的正丁醇搅拌均匀，然后将混合物转移到500mL的三口烧瓶中，加热进行共沸蒸馏，在共沸蒸馏一段时间后，共沸液呈透明状态，此时加入5％的硬脂酸，当温度升到93℃左右(水和正丁醇的共沸点)时，水以共沸物的形式蒸出而逐步被分离脱除。水份全部被蒸出后，温度上升到117℃(正丁醇的沸点)，此时再冷凝回流一段时间，即可停止加热，结束蒸馏；
(4)此时趁热过滤共沸母液，将过滤所得的产品在烘箱内于120℃干燥1小时，即可得到洁白疏松的二氧化硅粉末。其粒度数据见下表，粒度分布图见附图。
实施例2
(1)配制14％的水玻璃溶液于三口瓶中，放置在水浴恒温在85℃，开始用滴液漏斗滴加85℃的1mol/L硫酸溶液，约以4～5mL/min的速度加入，强力搅拌，并用广泛pH值试纸测量反应液的pH值的变化，当pH值到8-9时，停止滴加稀硫酸，搅拌陈化约2h，陈化温度为85℃；
(2)趁热过滤所得的溶胶，并用去离子水反复洗涤数次，用5％的BaCl2溶液鉴定洗出水中是否还有硫酸根离子，洗涤完后，过滤得到原硅酸凝胶；
(3)将过滤洗涤后的原硅酸凝胶与适量的正丁醇搅拌均匀，然后将混合物转移到500mL的三口烧瓶中，加热进行共沸蒸馏，在共沸蒸馏一段时间后，共沸液呈透明状态，此时加入5％的硬脂酸，当温度升到93℃左右(水和正丁醇的共沸点)时，水以共沸物的形式蒸出而逐步被分离脱除。水份全部被蒸出后，温度上升到117℃(正丁醇的沸点)，此时再冷凝回流一段时间，即可停止加热，结束蒸馏；
(4)结束蒸馏后，将温度降至70℃并保持恒定，加入5％的二甲基二氯硅烷进行改性，反应1小时；
(5)此时趁热过滤，将过滤所得的产品在烘箱内于120℃干燥1小时，即可得到洁白疏松的二氧化硅粉末。其粒度数据见下表，粒度分布图见附图。
实施例3
(1)配制14％的水玻璃溶液于三口瓶中，放置在水浴恒温在85℃，开始用滴液漏斗滴加85℃的1mol/L硫酸溶液，约以4～5mL/min的速度加入，强力搅拌，并用广泛pH值试纸测量反应液的pH值的变化，当pH值到8-9时，停止滴加稀硫酸，搅拌陈化约2h，陈化温度为85℃；
(2)趁热过滤所得的溶胶，并用去离子水反复洗涤数次，用5％的BaCl2溶液鉴定洗出水中是否还有硫酸根离子，洗涤完后，过滤得到原硅酸凝胶；
(3)将过滤洗涤后的原硅酸凝胶与适量的正丁醇搅拌均匀，然后将混合物转移到500mL的三口烧瓶中，加入5％的硬脂酸，加热进行共沸蒸馏，在共沸蒸馏一段时间后，共沸液呈透明状态，当温度升到93℃左右(水和正丁醇的共沸点)时，水以共沸物的形式蒸出而逐步被分离脱除。水份全部被蒸出后，温度上升到117℃(正丁醇的沸点)，此时再冷凝回流一段时间，即可停止加热，结束蒸馏；
(4)结束蒸馏后，将温度降至70℃并保持稳定，加入5％的二甲基二氯硅烷进行改性，反应1小时；
(5)此时趁热过滤，将过滤所得的产品在烘箱内于120℃干燥1小时，即可得到洁白的疏松的二氧化硅粉末。其粒度数据见下表，粒度分布图见附图。
改性样品的粒度数据表
| 实施例 | 粒径分布/μm | 最强峰度(数量百分比) | d(0.5)/m | d(0.1)/μm | d(0.9)/μm |
| 123 | 2.884～34.6742.188～34.6742.512～45.709 | 6.054μm(12.40％)2.884μm(12.14％)5.754μm(12.14％) | 7.6585.5456.739 | 4.5842.9743.751 | 16.39714.79015.631 |
Claims (3)
1、一种新的超细二氧化硅的改性方法，其特征在于：
以水玻璃和硫酸为原料，制备原硅酸凝胶，并用去离子水反复洗涤数次，用5％的BaCl2溶液鉴定洗出水中是否还有硫酸根离子，洗涤完后，过滤得到原硅酸凝胶；将原硅酸凝胶与适量的正丁醇搅拌均匀，然后将混合物转移到500mL的三口烧瓶之中，加热进行共沸蒸馏，在共沸蒸馏一段时间后，共沸溶液呈透明状态，此时加入3-15％的改性剂(硬脂酸，二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、甲基三氯硅烷)，当温度升到93℃左右(水和正丁醇的共沸点)时，水以共沸物的形式蒸出而逐步被分离脱除。水份全部被蒸出后，温度上升到117℃(正丁醇的沸点)，此时再冷凝回流一段时间，即可停止加热，结束蒸馏。然后趁热过滤，将过滤所得产物在110℃的烘箱中干燥1小时即可得到改性的超细二氧化硅粉末。
2、根据权利1所述的超细二氧化硅的改性方法，其特征在于：所得到的改性的超细二氧化硅粉体是由纳米晶体组成的介孔材料，其比表面积较大，密度较低。
3、根据权利1所述的超细二氧化硅的改性方法，其特征在于：改性剂是在共沸蒸馏的过程中加入，在二氧化硅共沸蒸馏过程中，在一特定时间段内，共沸溶液处于溶胶状态，此时二氧化硅粒子在共沸溶液中呈现良好的分散状态，这时加入改性剂，便于对粒子进行包敷。
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|---|---|---|---|---|
| CN101838479A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-09-22 | 福建师范大学 | 一种可分散超细二氧化硅的制备方法 |
| CN103360796A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-23 | 安徽敬业纳米科技有限公司 | 一种两性纳米二氧化硅原位改性方法 |
| CN104211070A (zh) * | 2013-06-03 | 2014-12-17 | 东莞市长安东阳光铝业研发有限公司 | 一种纳米级二氧化硅的制备方法 |
| CN105110341A (zh) * | 2015-09-02 | 2015-12-02 | 福建省上杭县九洲硅业有限公司 | 一种纳米二氧化硅气凝胶的制备方法 |
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2006
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