CN105801779A

CN105801779A - 一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶及其制备方法

Info

Publication number: CN105801779A
Application number: CN201610208127.1A
Authority: CN
Inventors: 张发兴; 卫晓利; 孙亚丽
Original assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Current assignee: Sichuan University of Science and Engineering
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2016-07-27
Anticipated expiration: 2036-04-05
Also published as: CN105801779B

Abstract

本发明属于溶胶制备技术领域，具体为一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶及其制备方法。该溶胶包括以下质量百分含量的原料：纳米二氧化硅18‑25%、马来酸酐0.5‑1%、丙烯酸1‑2%、甲基丙烯酸0.5‑1%、丙烯酸羟乙酯0.5‑1%、乙烯基三乙氧基硅氧烷0.2‑0.5%、聚乙烯醇0.1‑0.3%、山梨醇0.3‑0.6%、过氧化二苯甲酰0.1%、无水乙醇余量，总质量百分含量之和为100%。本申请中由于采用的纳米二氧化硅粒子表面富积大量羟基和羧基，具有更好的亲水性和疏油性；本制备方法简单可控，制备得到的富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶可应用于制备特殊性能的涂层材料，降低了生产成本。

Description

一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶及其制备方法

技术领域

本发明属于溶胶制备技术领域，具体为一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶及其制备方法。

背景技术

纳米二氧化硅是一种无机化工材料，俗称白炭黑。由于是超细纳米级，尺寸范围在1-100nm，因此具有许多独特的性质，如具有对抗紫外线的光学性能，能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能。用途非常广泛。纳米级二氧化硅为无定形白色粉末，无毒、无味、无污染，微结构为球形，呈絮状和网状的准颗粒结构，不溶于水。

纳米SiO₂的制备方法分为物理法和化学法两种。

(1)物理法

物理法一般指机械粉碎法。利用超级气流粉碎机或高能球磨机将SiO₂的聚集体粉碎，可获得粒径1-5微米的超细产品。该法工艺简单但易带入杂质.粉料特性难以控制，制备效率低且粒径分布较宽。

(2)化学法

化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO₂颗粒。化学法包括化学气相沉积(CVD)法、液相法、离子交换法、沉淀法和溶胶凝胶(Sol-Gel)法等，主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法，以硅酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸醋等为原料的溶胶凝胶法等等。

纳米二氧化硅粒子表面有很多亲水的羟基，然而，因制备方法及表面缺陷原因，其表面羟基密度并不高，若要用其制备成效果良好的超亲水涂层，最好将其表面改性，增加纳米二氧化硅粒子表面的亲水基团密度，比如增加大量的羧基或者羟基。

发明内容

本发明正是针对以上技术问题，提供一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶及其制备方法，富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶由于添加大量亲水基团聚合物，使其接支在纳米粒子表面，制成富亲水基团改性的纳米二氧化硅溶胶，提高其亲水效果。

本发明的具体技术方案如下：

一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶，包括以下质量百分含量的原料：

所述的纳米二氧化硅为粉体状的纳米二氧化硅。

富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)、按比例称取各原料，然后在带有温度计和搅拌器的250ml三口瓶中，加入纳米二氧化硅和无水乙醇，在40℃的条件下搅拌10分钟后，再加入乙烯基三乙氧基硅氧烷，再次搅拌30分钟；

(2)、再向三口瓶中依次加入马来酸酐，丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酸羟乙酯，充分搅拌10分钟后，加入过氧化二苯甲酰，升温至沸腾；

(3)、沸腾反应3h，保温30分钟，再加入聚乙烯醇和山梨醇，搅拌至完全溶解。即制备得到富亲水基团改性纳米二氧化硅醇溶胶。

本发明的积极效果体现在：

(一)、纳米二氧化硅粒子表面富积大量羟基和羧基，具有更好的亲水性和疏油性；

(二)、制备方法简单可控，制备得到的富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶可应用于制备特殊性能的涂层材料，降低成本。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。

实施例1：

一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶，包括以下原料：

富亲水基团改性的纳米二氧化硅溶胶其具体制备步骤为:

(1)、按比例称取各原料，然后在带有温度计和搅拌器的250ml三口瓶中，加入18g纳米二氧化硅和78.8g无水乙醇，在40℃的条件下搅拌10分钟后，再加入0.2g乙烯基三乙氧基硅氧烷，再次搅拌30分钟；

(2)、再向三口瓶中依次加入0.5g马来酸酐，1g丙烯酸，0.5g甲基丙烯酸，0.5g丙烯酸羟乙酯，充分搅拌10分钟后，加入0.1g过氧化二苯甲酰，升温至沸腾；

实施例2：

一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶，包括以下原料：

制备方法同实施例1中的步骤。

实施例3：

一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶，包括以下原料：

所述的制备方法同实例1中的步骤。

为检验其亲水性强弱，以富亲水基团改性的纳米二氧化硅溶胶和其他原料一起制备超亲水涂层，对比例中仅将富亲水基团改性的纳米二氧化硅溶胶原料替换为常规的纳米二氧化硅溶胶，添加量不变，其余原料的成分和含量均保持不变，制备方法相同，然后检验制备好涂层的水接触角，检测方法相同。

在室温下，先在容器中加入富亲水基团改性的纳米二氧化硅溶胶20g，聚乙烯醇溶液0.5g，失水山梨醇溶液1g，聚乙二醇0.5g，改性聚丙烯酸-马来酸酐乳液1g，甘油3g，丙二醇3g，水70.8g，搅拌均匀。

再向容器中加入十二烷基硫酸钠0.1g，吐温-80乳化剂0.1g，然后搅拌均匀，即制得涂层乳液。

表1为在纳米二氧化硅所占的质量百分含量都为20％的条件下，制备的亲水涂层的水接触角，可明显看出，采用富亲水基团改性的纳米二氧化硅溶胶制备的涂层的亲水性远优于未改性纳米二氧化硅溶胶的亲水性。

Claims

1.一种富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶，其特征在于包括以下质量百分含量的原料：

纳米二氧化硅18-25%

马来酸酐0.5-1%

丙烯酸1-2%

甲基丙烯酸0.5-1%

丙烯酸羟乙酯0.5-1%

乙烯基三乙氧基硅氧烷0.2-0.5%

聚乙烯醇0.1-0.3%

山梨醇0.3-0.6%

过氧化二苯甲酰0.1%

无水乙醇余量

总质量百分含量之和为100%。

2.根据权利要求富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶，其特征在于：所述的纳米二氧化硅为粉体的二氧化硅。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、按比例称取各原料，然后在带有温度计和搅拌器的250ml三口瓶中，加入粉体状的纳米二氧化硅和无水乙醇，在40℃的条件下搅拌10分钟后，再加入乙烯基三乙氧基硅氧烷，再次搅拌30分钟；

(3)、沸腾反应3h，保温30分钟，再加入聚乙烯醇和山梨醇，搅拌至完全溶解，即制备得到富亲水基团改性纳米二氧化硅溶胶。