CN108570248B - 一种核壳型二氧化钛包覆二氧化硅的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种核壳型二氧化钛包覆二氧化硅的制备方法，依次包括如下步骤：先向反应釜中加入氯化铵溶液与水玻璃溶液，同时加入一定量的氨水‑氯化铵缓冲液，在55～95℃条件下反应一段时间后得到二氧化硅溶胶；然后向二氧化硅溶胶中加入硫酸氧钛与醋酸钠，同时加入适量的表面活性剂，用乳化机进行搅拌混合，在60～90℃条件下反应一段时间后，经过洗涤、过滤、干燥、煅烧、粉碎等工序，得到核壳性二氧化钛包覆二氧化硅产品。本发明在二氧化硅的表面，包覆了一层二氧化钛薄膜，从而提高了二氧化硅的遮盖力，在涂料、油墨应用中不仅能提高产品触变性能，同时还能部分替代昂贵的钛白粉，对于拓宽二氧化硅的应用领域具有重要意义，本发明操作简单，易于工业化生产。

Description

一种核壳型二氧化钛包覆二氧化硅的制备方法
技术领域
本发明涉及一种二氧化硅的制备方法，具体地讲，涉及一种核壳型二氧化钛包覆二氧化硅的制备方法。
背景技术
二氧化硅，俗称白炭黑，是一种白色、无毒、无定形微细粉状物，具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能的重要无机硅化合物。
二氧化硅在橡胶工业中，是优良的橡胶补强剂，能改善胶接性和抗撕裂性。二氧化硅在造纸工业中，能提高纸张白度、强度和不透明性。二氧化硅在农药工业中可以作为防结块剂、分散剂。
二氧化硅表面含有大量的硅羟基，利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使之与二氧化硅表面的羟基发生反应，改变二氧化硅粉体的表面性能，拓宽其应用领域，提高其应用性能，是二氧化硅产品未来的发展方向之一。常用的改性剂主要包括氯硅烷、醇类、硅烷偶联剂、硅氧烷类有机硅化合物，而通过水解沉淀法在二氧化硅基粒表面包覆一层二氧化钛薄膜的研究还未见报道。
二氧化钛包覆二氧化硅不仅可以减少二氧化硅的团聚，使产品体现出良好的纳米效应，而且能提高二氧化硅的遮盖力，在涂料、、油墨应用中不仅能提高产品触变性能，同时还能部分替代昂贵的钛白粉，对于拓宽二氧化硅的应用领域具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核壳型二氧化钛包覆二氧化硅的制备方法，旨在提高二氧化硅应用性能，拓展二氧化硅的应用领域。
本发明中，一种核壳型二氧化钛包覆二氧化硅的制备方法，主要包括以下步骤：
先向反应釜中加入氯化铵溶液与水玻璃溶液，同时加入一定量的氨水-氯化铵缓冲液，在55～95℃条件下反应一段时间后得到二氧化硅溶胶；然后向二氧化硅溶胶中加入硫酸氧钛与醋酸钠，同时加入适量的表面活性剂，用乳化机进行搅拌混合，在60～90℃条件下反应一段时间后，经过洗涤、过滤、干燥、煅烧、粉碎等工序，得到核壳性二氧化钛包覆二氧化硅产品。
所述加入的硅酸钠与氯化铵质量比为1：(0.3～0.9)。
所述氨水-氯化铵缓冲液中，pH值为6.5～9.5。
所述氨水-氯化铵缓冲液的加入量为硅酸钠质量的1～10.0％。
所述的氯化铵溶液与硅酸钠溶液的反应时间为1～4h。
所述的硫酸氧钛与硅酸钠的质量比为1:(1～10)。
所述的醋酸钠与硫酸氧钛的质量比为1:(0.3～3)。
所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸、脂肪酸甘油酯等一种或一种以上。
所述表面活性剂的加入量为硫酸氧钛质量的1～10％。
所述的硫酸氧钛与尿素生成二氧化钛包覆二氧化硅的时间为2～4h。
本发明中采用氯化铵与水玻璃反应制备二氧化硅，其实质为氯化铵与硅酸钠在溶液中发生水解与中和反应，反应方程式如下：
Na2SiO3+2NH4Cl＝2NaCl+2NH3↑+H2O+SiO2↓
本发明中在二氧化硅的制备过程中加入一定量的氨水-氯化铵缓冲液，是避免在反应过程中pH值的剧烈变化，pH值的剧烈变化容易使二氧化硅粒子之间形成凝胶，影响二氧化硅在应用体系中的分散性，降低力学性能，从而影响下游产品质量。
本发明中采用硫酸氧钛与醋酸钠反应生成二氧化钛对二氧化硅进行包覆，其实质为醋酸钠在一定温度下水解，与硫酸氧钛发生水解沉淀反应，反应方程式如下：
2CH3COONa+H2O+TiOSO4＝Na2SO4+2CH3COOH+TiO2↓
本发明中采用表面活性剂主要是在纳米颗粒表面形成双电层，抑制纳米粒子之间的团聚作用，降低纳米二次颗粒的尺寸。
二氧化钛粒子表面的羟基与二氧化硅表面的硅羟基发生反应以Ti-0-Si化学键结合，在二氧化硅表面形成一层致密的二氧化钛薄膜，这种结构以二氧化硅为核，二氧化钛为壳，既具备二氧化硅作为功能性材料所具备的补强性、增稠性、触变性，同时改变了二氧化硅表面的光学性能，遮盖力得到提高，在涂料、油墨应用中能部分替代价格昂贵的钛白粉，具有良好的应用前景。
具体实施方式
为了进一步对本发明进行阐述，以下结合实例对本发明进行说明，但实施例仅为本发明的优选，并非全部，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作的若干改进，应视为本发明的保护范围。
实施例1
先向反应釜中加入质量浓度为15％的氯化铵溶液333Kg，以及1000Kg质量浓度为10％的水玻璃溶液，同时加入pH值为7.5的氨水-氯化铵缓冲液2Kg，将温度升至80℃，在强力机械搅拌的条件下反应3h，得到二氧化硅76Kg。然后加入12.5Kg硫酸氧钛与6.7Kg醋酸钠，同时加入十二烷基苯磺酸钠0.37Kg，将反应温度调至70℃，反应2h后经过洗涤、过滤、干燥、煅烧、粉碎等工序，最终得到核壳型二氧化钛包覆二氧化硅产品。
所得产品性能和应用性能的测试结果见表1。
实施例2
先向反应釜中加入质量浓度为10％的氯化铵溶液700Kg，以及1300Kg质量浓度为12％的水玻璃溶液，同时加入pH值为8.5的氨水-氯化铵缓冲液3Kg，将温度升至70℃，在强力机械搅拌的条件下反应4h，得到二氧化硅118Kg。然后加入47.2Kg硫酸氧钛与28.8Kg醋酸钠，同时加入脂肪醇聚氧乙烯醚1.88Kg，将反应温度调至75℃，反应3h后经过洗涤、过滤、干燥、煅烧、粉碎等工序，最终得到核壳型二氧化钛包覆二氧化硅产品。
所得产品性能和应用性能的测试结果见表1。
实施例3
先向反应釜中加入质量浓度为12％的氯化铵溶液333Kg，以及900Kg质量浓度为15％的水玻璃溶液，同时加入pH值为9.0的氨水-氯化铵缓冲液1.5Kg，将温度升至90℃，在强力机械搅拌的条件下反应2h，得到二氧化硅103Kg。然后加入30.2Kg硫酸氧钛与16.1Kg醋酸钠，同时加入脂肪酸甘油酯1.51Kg，将反应温度调至85℃，反应4h后经过洗涤、过滤、干燥、煅烧、粉碎等工序，最终得到核壳型二氧化钛包覆二氧化硅产品。
所得产品性能和应用性能的测试结果见表1。
为了进一步表明本发明的意义，实施了对比例，对比例1中不对二氧化硅产品进行包覆。
对比例1
先向反应釜中加入质量浓度为10％的氯化铵溶液790Kg，以及1100Kg质量浓度为13％的水玻璃溶液，同时加入pH值为8.0的氨水-氯化铵缓冲液1.5Kg，将温度升至85℃，在强力机械搅拌的条件下反应3h，得到二氧化硅109Kg。经过洗涤、过滤、干燥、粉碎等工序，最终得到二氧化硅产品。
所得产品性能和应用性能的测试结果见表1。
表1实施例及对比例产品性能测试表
Figure BDA0001629118140000041

Claims (2)

1.一种核壳型二氧化钛包覆二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：先向反应釜中加入氯化铵溶液与水玻璃溶液，同时加入一定量的氨水-氯化铵缓冲液，在55～95℃条件下反应一段时间后得到二氧化硅溶胶；然后向二氧化硅溶胶中加入硫酸氧钛与醋酸钠，同时加入适量的表面活性剂，用乳化机进行搅拌混合，在60～90℃条件下反应一段时间后，经过洗涤、过滤、干燥、煅烧、粉碎工序，得到核壳性二氧化钛包覆二氧化硅产品，所述氯化铵溶液与水玻璃溶液中加入的硅酸钠与氯化铵质量比为1：(0.3～0.9)，所述氨水-氯化铵缓冲液中，pH值为6.5～9.5，所述氨水-氯化铵缓冲液的加入量为硅酸钠质量的1～10.0％，所述的氯化铵溶液与水玻璃溶液的反应时间为1～4h，所述的硫酸氧钛与硅酸钠的质量比为1:(1～10)，所述的醋酸钠与硫酸氧钛的质量比为1:(0.3～3)，表面活性剂的加入量为硫酸氧钛质量的1～10％。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、硬脂酸、脂肪酸甘油酯一种或一种以上。
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