CN103194097A - 一种超声表面改性二氧化硅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用超声表面改性二氧化硅的方法，具体涉及在水相中，利用长链烷基醇作为改性剂，超声制备表面疏水二氧化硅的方法。该方法首先利用超声制备二氧化硅的分散液，然后将不同链长的烷基醇加入到分散液中，再加入一滴助剂，在40～70℃下超声30～120min，经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用超声表面改性二氧化硅的方法，特别涉及一种在水相中采用长链烷醇作为改性剂改性二氧化硅的方法。
背景技术
纳米二氧化硅俗名白炭黑，在有机高分子体系中具有优良的补强性能，主要应用于橡胶的补强。但由于其表面能高，处于热力学非稳定状态，极易聚集成团，不易与有机物充分混合。同时二氧化硅表面亲水疏油，在有机介质中难于均匀分散，与有机体之间结合力差，易造成界面缺陷，使复合材料性能降低，因此，必须对其进行表面改性，减弱二氧化硅表面的极性，降低二氧化硅表面的能态，以改善纳米二氧化硅的分散性及其与有机基体间的相容性。
常用的二氧化硅表面改性有主要有两大类，一是硅烷偶联剂类，另一类为醇类。专利CN102190908A公开了一种采用硅油和硅氮烷为改性剂对二氧化硅进行改性处理，制备表面改性二氧化硅的方法。专利CN102099425A公开了一种采用一种或多种有机硅化合物改性二氧化硅的方法。专利CN101517012公开了一种用烷氧基硅烷化合物作为改性剂，在二氧化硅的酸性分散液中，制备疏水二氧化硅的方法。专利CN102027074A公开了一种烷氧基硅烷和卤代硅烷、硅氧烷及它们的混合物来改性水性硅溶胶的方法。专利CN101792147A公开了一种在有机溶剂中，利用硅烷偶联剂作为改性剂，制备双亲性二氧化硅的方法。唐洪波等用六甲基二硅氮烷为改性剂，甲醇为改性助剂，利用振动流化床制备出疏水纳米二氧化硅。欧阳兆辉等用硅烷偶联剂A-151处理纳米二氧化硅粒子，制备出具有良好的疏水性的二氧化硅产品。用硅烷类改性二氧化硅时，多为在高温条件下或在有机溶剂中实施改性。
用醇类对许多粉体进行酯化反应也是常用的表面改性方法。醇酯法是用脂肪醇与二氧化硅表面的羟基发生反应，脱去水分子，二氧化硅表面的羟基被烷氧基取代。目前国内外用醇对纳米粒子进行表面改性主要采用常规回流法和高压反应釜法。吕波等采用十二醇作为改性剂，利用二甲苯做辅助溶剂，采用常规回流法制备出具有较好疏水性的二氧化硅。钱晓静等采用辛醇作改性剂兼作溶剂的功能，以对甲苯磺酸作催化剂，采用加热回流和微波辐射两种方法制得了表面改性的二氧化硅。M Fuji等利用高压反应釜，在235℃下，以戊醇、辛醇和十二醇为改性剂，制备了表面疏水的二氧化硅。与硅烷偶联剂相比，用醇改性的优点在于改性剂脂肪醇价格低廉，易于合成且结构容易控制，改性的效果受到醇的烷基链长度的影响，接枝的疏水烷基链越长，二氧化硅的表面性能改变越明显。而目前采用超声法在温和条件下制备表面疏水的二氧化硅还未见报道。
发明内容
本发明的目的在于采用超声处理二氧化硅浆液的方法，通过用不同链长的烷醇做改性剂，在温和条件下将二氧化硅的表面性质由亲水性变为疏水性，扩宽二氧化硅的应用领域。
本发明包括以下两个步骤：
(1)二氧化硅分散液的制备
称取1份二氧化硅，加入50份蒸馏水，搅拌成浊液放入超声波中，在40～70℃下超声分散10～30min，制得二氧化硅的分散液；
(2)改性二氧化硅的制备
称取一定量各种不同链长的改性剂，分别加入到上述二氧化硅的分散液中，加入一滴助剂，恒温超声30～120min，然后浆液经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品。
本发明先进性在于：
在水相中，利用长链烷醇作改性剂，在温和的条件下，采用超声法制备出表面疏水的二氧化硅产品，降低了成本，极大的拓宽了二氧化硅的应用领域。
附图说明：
附图1中，a、b、c和d分别为二氧化硅原材料、实施例一、实施例二和实施例三所得的样品的红外光谱曲线图。图中a是未改性二氧化硅的红外，其中466，798和1093cm-1的吸收峰为二氧化硅的特征吸收，其中，798和1093cm-1处的吸收峰分别对应Si-O键的对称好反对称伸缩振动，466cm-1处的吸收峰为Si-O-Si键的弯曲振动。1637cm-1是吸附水H-O-H的弯曲振动，3225cm-1对应于O-H键的反对称伸缩振动。经1wt.％十八醇改性的样品如图b所示，跟未改性的二氧化硅相比基本没区别，其红外谱图上出现了未改性的二氧化硅的所有吸收峰。经2wt.％和3wt.％十八醇改性的样品如图c和d所示，除了出现未改性二氧化硅的所有吸收峰外，在2800和2900cm-1出现了吸收峰，这是甲基亚甲基的振动峰。在改性后样品的红外图中，3000～3500cm-1的吸附水和硅羟基的峰减弱，也可以证明二氧化硅表面的硅羟基和十八醇的羟基发生作用，产生化学键。
附图2中，a，b和c，分别为实施例四、实施例五、实施例六所制得的样品的接触角，其中a接触角达到96.5°表明十六醇改性后的二氧化硅呈现出明显的亲油疏水性，b和c接触角分别为65.4°和30°，表明二氧化硅的改性效果，随着烷基醇分子链的增长，亲油疏水性能增强。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：
(1)二氧化硅分散液的制备
称取1份二氧化硅，加入50份蒸馏水，搅拌成浊液放入超声波中，在50℃下超声分散20min，制得二氧化硅的分散液；
(2)改性二氧化硅的制备
称取1wt.％的十八醇，加入到上述二氧化硅的分散液中，加入一滴助剂，恒温超声90min，然后浆液经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品。
实施例二：
(1)二氧化硅分散液的制备
称取1份二氧化硅，加入50份蒸馏水，搅拌成浊液放入超声波中，在50℃下超声分散20min，制得二氧化硅的分散液；
(2)改性二氧化硅的制备
称取2wt.％的十八醇，加入到上述二氧化硅的分散液中，加入一滴助剂，恒温超声90min，然后浆液经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品。
实施例三：
(1)二氧化硅分散液的制备
称取1份二氧化硅，加入50份蒸馏水，搅拌成浊液放入超声波中，在50℃下超声分散20min，制得二氧化硅的分散液；
(2)改性二氧化硅的制备
称取3wt.％的十八醇，加入到上述二氧化硅的分散液中，加入一滴助剂，恒温超声90min，然后浆液经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品。
实施例四：
(1)二氧化硅分散液的制备
称取1份二氧化硅，加入50份蒸馏水，搅拌成浊液放入超声波中，在50℃下超声分散20min，制得二氧化硅的分散液；
(2)改性二氧化硅的制备
称取3wt.％的十六醇，加入到上述二氧化硅的分散液中，加入一滴助剂，恒温超声90min，然后浆液经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品，测得样品的接触角为96.5°。
实施例五：
(1)二氧化硅分散液的制备
称取1份二氧化硅，加入50份蒸馏水，搅拌成浊液放入超声波中，在50℃下超声分散20min，制得二氧化硅的分散液；
(2)改性二氧化硅的制备
称取3wt.％的十二醇，加入到上述二氧化硅的分散液中，加入一滴助剂，恒温超声90min，然后浆液经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品，测得产品的接触角为65.4°。
实施例六：
(1)二氧化硅分散液的制备
称取1份二氧化硅，加入50份蒸馏水，搅拌成浊液放入超声波中，在50℃下超声分散20min，制得二氧化硅的分散液；
(2)改性二氧化硅的制备
称取3wt.％的辛醇，加入到上述二氧化硅的分散液中，加入一滴助剂，恒温超声90min，然后浆液经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品，测得产品的接触角为30°。
Claims (4)
1.一种超声表面改性二氧化硅的方法，其特征在于：具体步骤如下：
(1)二氧化硅分散液的制备
称取1份二氧化硅，加入50份蒸馏水，搅拌成浊液放入超声波中，在40～70℃下超声分散10～30min，制得二氧化硅的分散液；
(2)改性二氧化硅的制备
称取一定量各种不同链长的改性剂，分别加入到上述二氧化硅的分散液中，加入一滴助剂，恒温超声30～120min，然后浆液经过滤、洗涤、干燥得到改性的二氧化硅产品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：各种不同链长的改性剂可以为辛醇～十八醇。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：各种链长改性剂的加入量为0～5wt.％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：超声处理功率为45w～150w。
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