CN102532553B - 一种纳米银贯穿杂化溶胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米银贯穿杂化溶胶的制备方法,以硅酸酯为硅源,氨丙基三烷氧基硅烷或巯丙基三烷氧基硅烷为络合剂,氨水为碱性聚合催化剂,在无水乙醇与水做反应介质的条件下利用含氢硅烷还原硝酸银制备纳米银贯穿杂化溶胶。与传统制备的方法相比,本发明采用溶胶凝胶法,一步即可完成反应,反应周期短,无需后处理,反应条件更加温和,反应原料相对低廉。制备的纳米银贯穿杂化溶胶颗粒大小均匀、形状可控、较为稳定。同时具有抗菌/防潮作用,在家用理石等基材表面处理方面具有极大的实用价值和潜力。
Description
技术领域
本发明属于化工、环境保护、功能化涂层等领域。具体涉及一种用于高档石材抗菌、防潮的纳米银贯穿杂化溶胶的制备方法。
背景技术
纳米银粒子由于其特殊的表面活性、催化性、导热性和抗菌杀菌活性等等性能,广泛应用于集成电路、电池电极、抗菌材料、特种催化剂等等方面[1]。而纳米银贯穿杂化溶胶为无定型溶胶,无毒、无味、无污染,表面存在大量纳米银粒子,具有粒径小、纯度高、比表面积大、孔径分布窄等特点,并凭借其优越的稳定性、防水性、抗菌性、和优良的光学及机械性能,广泛应用于防静电材料、催化材料、低温超导材料、生物传感器材料、电子浆料和抗菌抑菌材料等新兴的功能材料中[2-3],作为抗菌剂,纳米银具有广谱抗菌、强效抗菌、抗菌持久、安全无毒、无耐药性等特点[4],因此研究纳米银的抗菌性对人类社会的发展具有重要的意义[5]。
化学还原法是目前制备纳米级银颗粒的主要方法之一。在液相化学还原法中,水溶液中的反应是最重要的方法之一。通过使用不同的还原剂和修饰剂可绿色、高效地合成纳米银粒子。这种方法原理简单、产率高、原料易得,在实验室广泛采用,也推广到了工业生产中去。但化学还原法制得的纳米银颗粒中杂质含量相对较高,而且由于相互之间表面作用能大,生成的银微粒之间易团聚,所以化学还原法制得的银粒子粒径一般较大,分布很宽。加入分散剂能够降低生成的银单质颗粒的团聚作用,减小颗粒粒径,但增加了反应副产物,提高了生产成本,而且容易污染环境[5-6]。
本发明采用溶胶凝胶法,利用氨丙基三烷氧基硅烷/巯丙基三烷氧基硅烷做络合剂,还原出大小均匀、形状可控、较为稳定的纳米银粒子,探索出绿色的合成纳米银粒子的方法,使产品中杂质尽量减少,反应成本相对较低,反应条件尽量温和,合成效率尽量高,产品纳米银贯穿溶胶尽量稳定,性能优异。
含氢硅烷含有硅氢键,其可以与银离子发生反应生成银单质,同时硅氢键被氧化为硅羟基[7]。在硅源存在的条件下,硅羟基会与其发生聚合,生成由硅氧硅键组成的网络状杂化材料。而被还原的银单质会以纳米银粒子的形式贯穿于材料中,形成纳米银贯穿杂化溶胶。又因为含氢硅烷中含有许多甲基,具有一定的疏水性能。这就使制得的溶胶具有防潮和灭菌的双重效果,可广泛用作家装人造理石等功能化涂层。
参考文献
1.樊新,黄可龙,刘素琴,于金刚,尹良果.化学还原法制备纳米银粒子及其表征[J].功能材料,2007,38(6):996-999.
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3.胡建强,吴继红,任斌.纯化学还原方法制备纳米棒及其SERS活性[J].光散射学报,2002,13(4):226-229.
4.宁远涛,赵怀志.银纳米材料[J].贵金属,2003,24(3):54-60.
5.杨东辉.纳米银溶胶的制备及抗菌性能的研究[J].辽宁大学学报(自然科学版),2010,37(4):314-317.
6.唐学红,肖先举.纳米银的制备研究进展[J].贵州化工,2009,34(6):21-23.
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发明内容
本发明的目的是提供一种制备纳米银贯穿杂化溶胶的方法,本发明涉及纳米银高度分散在SiO2胶体中的杂化溶胶体系,与纳米银溶胶有着明显的区别;即该体系中纳米银粒子相对含量较低,但利用络合基团可使其高度分散并有效控制其颗粒大小,而纳米银溶胶主要有纳米银颗粒组成(可能还有少量分散剂或表明活性剂)。鉴此,本发明提出了纳米银贯穿杂化溶胶的叫法。
本发明以硅酸酯为硅源,氨丙基三烷氧基硅烷或巯丙基三烷氧基硅烷为络合剂,氨水为碱性聚合催化剂,在无水乙醇与水做反应介质的条件下利用含氢硅烷还原硝酸银制备纳米银贯穿杂化溶胶。此方法利用含氢硅烷为原料,相对低廉,反应简单可控,条件温和,生产周期短,有极大的实际利用价值。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现:
一种纳米银贯穿杂化溶胶的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
①将硝酸银溶解于水中,得到硝酸银溶液;
②在搅拌条件下,向无水乙醇中依次加入硅酸酯和络合剂;
③加快搅拌并向步骤②所得产物中加入所述硝酸银溶液;
④向步骤③产物中继续加入含氢硅烷,并持续搅拌一个小时,再加入氨水,反应20min~1h得到黑色纳米银贯穿杂化溶胶;
所述的硅酸酯与含氢硅烷的质量比为6~12∶1;
所述的硅酸酯与络合剂的摩尔比为5~25∶1;
所述的硝酸银与络合剂的摩尔比为1~1.2∶1;
所述的硝酸银溶液浓度为0.000038~0.001824g/L;
所述的无水乙醇与硝酸银溶液的体积比为15~60∶1;
所述的氨水与硝酸银溶液的体积比1∶1;
所述络合剂为氨丙基三烷氧基硅烷或巯丙基三烷氧基硅烷;
所述的硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丁酯;
所述的含氢硅烷为含氢硅油或三烷氧基硅烷;
所述含氢硅油的分子量为2700~5400。
本发明具有以下有益效果:
1、反应原料之一为含氢硅烷,价格相对低廉;
2、反应采用溶胶凝胶法,在室温下即可进行,操作简单、条件温和、可控,克服了以往制备纳米银贯穿杂化溶胶反应条件苛刻,生产周期长,后处理繁琐的弊端;
3、制备的纳米银贯穿杂化溶胶颗粒大小均匀、形状可控、较为稳定;
4、可以通过调节硅酸酯与氨丙基三烷氧基硅烷或巯丙基三烷氧基硅烷的摩尔比来控制纳米银粒子的分布。
5、通过溶胶-凝胶法制成的杂化溶胶的主要成分为二氧化硅,一方面与家装理石的主要成分相同,使二者具有良好的联接性能,另一方面由于甲基的存在增强了溶胶的疏水性能,使理石表面具有自清洁能力。
附图说明
本发明共有附图2张,其中:
图1为通过实施例5得到的纳米银贯穿杂化凝胶粉体的红外谱图。
图2为通过实施例5得到的纳米银贯穿杂化凝胶粉体的紫外-漫反射谱图。
具体实施方式
实施例1
①预先称量好摩尔比与氨丙基三烷氧基硅烷为1∶1.2的硝酸银固体配制成0.001824g/L的硝酸银溶液;
②在广口瓶中加入与硝酸银溶液体积比为60∶1的无水乙醇,依次加入摩尔比为5∶1的正硅酸甲酯和氨丙基三烷氧基硅烷,并不断搅拌;
③较步骤②适当加快搅拌的同时加入硝酸银溶液;
④继续加入含氢硅烷,使其与正硅酸甲酯质量比为1∶6,持续搅拌一个小时加入与硝酸银溶液体积比为的1∶1的氨水,室温下反应1h至产生黑色溶胶。
实施例2
①预先称量好摩尔比与氨丙基三烷氧基硅烷为1∶1的硝酸银固体配制成0.00076g/L的硝酸银溶液;
②广口瓶中加入与硝酸银溶液体积比为60∶1的无水乙醇,依次加入正硅酸甲酯和氨丙基三烷氧基硅烷,并使二者的摩尔比为10∶1,并不断搅拌;
③较步骤②适当加快搅拌的同时加入硝酸银溶液;
④继续加入含氢硅烷,使其与正硅酸甲酯质量比为1∶8,持续搅拌一个小时加入与硝酸银溶液体积比为的1∶1的氨水,室温下反应40min至产生黑色溶胶。
实施例3
①预先称量好摩尔比与巯丙基三烷氧基硅烷为1∶1的硝酸银固体配制成0.00019g/L的硝酸银溶液;
②广口瓶中加入与硝酸银溶液体积比为25∶1的无水乙醇,依次加入正硅酸乙酯和巯丙基三烷氧基硅烷,并使二者的摩尔比为20∶1,并不断搅拌;
③较步骤②适当加快搅拌的同时加入硝酸银溶液;
④继续加入含氢硅烷,使其与正硅酸乙酯质量比为1∶10,持续搅拌一个小时加入与硝酸银溶液体积比为的1∶1的氨水,室温下反应20min至产生黑色溶胶。
实施例4
①预先称量好摩尔比与巯丙基三烷氧基硅烷为1∶1的硝酸银固体配制成0.000076g/L的硝酸银溶液;
②广口瓶中加入与硝酸银溶液体积比为15∶1的无水乙醇,依次加入正硅酸乙酯和巯丙基三烷氧基硅烷,并使二者的摩尔比为25∶1,并不断搅拌;
③较步骤②适当加快搅拌的同时加入硝酸银溶液;
④继续加入含氢硅烷,使其与正硅酸乙酯质量比为1∶12,持续搅拌一个小时加入与硝酸银溶液体积比为的1∶1的氨水,室温下反应40min至产生黑色溶胶。
实施例5
①预先称量好摩尔比与巯丙基三烷氧基硅烷为1∶1的硝酸银固体配制成0.00038g/L硝酸银溶液;
②广口瓶中加入与硝酸银溶液体积比为25∶1的无水乙醇,依次加入正硅酸乙酯和巯丙基三烷氧基硅烷,并使二者的摩尔比为5∶1,并不断搅拌;
③较步骤②适当加快搅拌的同时加入硝酸银溶液;
④继续加入含氢硅烷,使其与正硅酸乙酯质量比为1∶10,持续搅拌一个小时加入与硝酸银溶液体积比为的1∶1的氨水,室温下反应30min至产生黑色溶胶。
实施例6
①用金刚石刀头裁成5cm×5cm×1cm的理石基材,在磨片机中经金刚沙打磨后先用去离子水清洗,再用无水乙醇浸泡10min,在空气中自然干燥后备用。
②为了考察溶胶的疏水性,先用提拉法对理石基材进行处理。将完成预处理的理石基材放入实施例5制备好的溶胶中停留5~10min取出。之后样品先在室内放置7天,随后在干燥器中平衡24h,直到质量恒定。
③对处理好的样品进行疏水性测试:将水滴滴至理石表面,经测试接触角约为100°,显示了良好的疏水性能。
实施例7
①用金刚石刀头裁成5cm×5cm×1cm的理石基材,在磨片机中经金刚沙打磨后先用去离子水清洗,再用无水乙醇浸泡10min,在空气中自然干燥后备用。
②对处理好的样品进行联接性能测试:采用划痕法测定涂层牢固性。把实施例5制备好的溶胶用刷子均匀涂覆在完成预处理的理石基材表面,室温(20℃)固化后,使用划格刀,按格形图切割,先划11道相互平行、间距1mm的切痕,再垂直划11道相互平行,间距1mm的切痕,切痕相交形成100个边长1mm的正方形网格,在划刻出的正方形网格图案上使用胶结带,然后以90°快速揭去胶结带,膜层方格无脱落,表明膜层与理石样品表面有着优异的联结性能。
Claims (1)
1.一种纳米银贯穿杂化溶胶的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
①将硝酸银溶解于水中,得到硝酸银溶液;
②在搅拌条件下,向无水乙醇中依次加入硅酸酯和络合剂;
③边加快搅拌边向步骤②所得产物中加入所述硝酸银溶液;
④向步骤③产物中继续加入含氢硅烷,并持续搅拌一个小时,再加入氨水,反应20min~1h后得到黑色纳米银贯穿杂化溶胶;
所述的硅酸酯与含氢硅烷的质量比为6~12︰1;
所述的硅酸酯与络合剂的摩尔比为5~25︰1;
所述的硝酸银与络合剂的摩尔比为1~1.2︰1;
所述的硝酸银溶液浓度为0.000038~0.001824g/L;
所述的无水乙醇与硝酸银溶液的体积比为15~60︰1;
所述的氨水与硝酸银溶液的体积比1:1;
所述络合剂为氨丙基三烷氧基硅烷或巯丙基三烷氧基硅烷;
所述的硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯或正硅酸丁酯;
所述的含氢硅烷为含氢硅油或三烷氧基硅烷;
所述含氢硅油的分子量为2700~5400。
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