CN109485051A - 一种改性硅溶胶的快速制备方法 - Google Patents

一种改性硅溶胶的快速制备方法 Download PDF

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Abstract

一种改性硅溶胶的快速制备方法，在酸性条件下通过高速分散作用，以有机硅氧烷改性修饰硅溶胶中的纳米SiO2来快速制备粒径小、稳定性高的改性硅溶胶，具体制备过程是先将含有乳化剂和内稳定剂的蒸馏水与硅溶胶混合并搅拌匀，在高速分散条件下调节体系pH至酸性，随后加入有机硅氧烷并继续高速分散，制得改性硅溶胶，上述乳化剂用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.1％～30％，内稳定剂用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.01％～100％，蒸馏水用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的100％～1000％，烯烃类硅烷用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.5％～100％。该方法简单快速，所得改性硅溶胶性质稳定，易于应用。

Description

一种改性硅溶胶的快速制备方法
技术领域
本发明涉及一种硅溶胶的改性方法，更确切地说，本发明涉及一种碱性硅溶胶的快速改性方法。
背景技术
硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，由于硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表述为mSiO2·nH2O，最常用的制备方法有离子交换法、硅粉一步水解法、硅烷水解法等，常用于共混或共聚改性水性聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸酯树脂等聚合物材料。一般来说，在共聚改性聚合物材料之前，硅溶胶需要先进行一定的表面改性，向硅溶胶中纳米二氧化硅表面引入易反应的活性基团，以实现其与材料基团的化学键合。
对硅溶胶的表面改性的传统方法是将硅溶胶与一定的水及醇混合后加入硅烷偶联剂对其进行改性，但由于所用的醇易于挥发且对硅烷偶联剂有一定争夺，使得改性效率下降，后来“纳米二氧化硅/聚丙烯酸酯复合乳液的制备与表征”提出用乳化剂代替完全代替醇类来提高改性硅溶胶的稳定性，但由于搅拌强度不高，乳化剂形成的胶束无法有效防止纳米二氧化硅的团聚，且上述两种方法均耗时较长，不利于实验结果的快速得出。
本研究的目的，是提供一种碱性硅溶胶的快速改性方法，不仅提高改性硅溶胶的稳定性，而且明显缩短改性时间，有利于后续应用实践的快速展开。
发明内容
解决的技术问题：本发明提供了一种碱性硅溶胶的快速改性方法，在提高改性硅溶胶的稳定性的同时，缩短改性时间。
技术方案：一种改性硅溶胶的快速制备方法，其特征在于：
第一步：将含有乳化剂和内稳定剂的蒸馏水与硅溶胶混合并搅拌匀，反应条件为10～80℃下搅拌0.5min～30min；
第二步：在高速分散条件下调节体系pH至酸性，加入有机硅氧烷并继续高速分散，制得改性硅溶胶，该阶段反应温度为10～65℃，反应时间为30min～3h。
上述乳化剂用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.1％～30％，内稳定剂用量为硅溶胶中纳米 SiO2质量的0.01％～100％，蒸馏水用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的100％～1000％，有机硅氧烷用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.5％～100％。
上述乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚(OP)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、硬脂酸聚氧乙烯酯(SE)或壬基酚聚氧乙烯醚马来酸酯钠(OS)中的一种或任几种的混合物。
上述内稳定剂为C原子数≥12的长链烷烃或醇中的某一种或几种的混合物。
上述高速分散的实现方式为超声分散或高速剪切中的一种。
上述调节pH所用的酸为盐酸、硫酸等无机酸和甲酸、乙酸、丙烯酸等有机酸中的一种或任几种的混合物。
上述有机硅氧烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基甲基二甲氧基硅烷(KH571)中的至少一种。
有益效果：
1.本发明通过向乳化剂水溶液中加入内稳定剂，借助其高疏水性可以有效提高胶束内压，进而提高改性硅溶胶稳定性。
2.本发明通过高速分散方式代替传统磁力搅拌，不仅可以促进胶束快速形成，胶束粒径小，抑制改性硅溶胶的过早团聚，还一定程度抑制有机硅氧烷的自缩合，防止改性硅溶胶凝胶化。
具体实施方式
一种改性硅溶胶的快速制备方法，其特征在于：
第一步：将含有乳化剂和内稳定剂的蒸馏水与硅溶胶混合并搅拌匀，反应条件为10～80℃下搅拌0.5min～30min；
第二步：在高速分散条件下调节体系pH至酸性，加入有机硅氧烷并继续高速分散，制得改性硅溶胶，该阶段反应温度为10～65℃，反应时间为30min～3h。
上述乳化剂用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.1％～30％，内稳定剂用量为硅溶胶中纳米 SiO2质量的0.01％～100％，蒸馏水用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的100％～1000％，有机硅氧烷用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.5％～100％。
上述乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚(OP)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、硬脂酸聚氧乙烯酯(SE)或壬基酚聚氧乙烯醚马来酸酯钠(OS)中的一种或任几种的混合物。
上述内稳定剂为C原子数≥12的长链烷烃或醇中的某一种或几种的混合物。
上述高速分散的实现方式为超声分散或高速剪切中的一种。
上述调节pH所用的酸为盐酸、硫酸等无机酸和甲酸、乙酸、丙烯酸等有机酸中的一种或任几种的混合物。
上述有机硅氧烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基甲基二甲氧基硅烷(KH571)中的至少一种。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明的效果：
实施例在本发明技术方案前提下进行实施，不应理解为对本发明的限制，所使用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
将0.03份SDS、0.01份OP和0.002份正十四醇加入10份蒸馏水中搅匀，搅拌下加入23 份硅溶胶，室温下搅拌5min，然后在超声分散作用下用稀盐酸调节体系pH至5，立即滴入0.05份KH550，继续在室温下超声分散40min，得到改性硅溶胶，其性能结果见附表1。
实施例2：
将0.05份SDS、0.02份OP、0.01份OS和0.007份十六醇加入15份蒸馏水中搅匀，搅拌下加入23份硅溶胶，40℃温水浴下搅拌5min，然后在超声分散作用下用稀硫酸调节体系 pH至3，立即滴入0.25份KH560，继续40℃温水浴下超声分散30min，得到改性硅溶胶，其性能结果见附表1。
实施例3：
将0.2份SDS、0.05份OP、0.05份OS和0.035份十六烷加入20份蒸馏水中搅匀，搅拌下加入23份硅溶胶，35℃温水浴下搅拌10min，然后在超声分散作用下用稀甲酸调节体系pH至2，立即滴入0.5份KH570，继续35℃温水浴下超声分散60min，得到改性硅溶胶，其性能结果见附表1。
实施例4：
将0.25份SDBS和0.007份十八醇加入20份蒸馏水中搅匀，搅拌下加入23份硅溶胶，室温下搅拌5min，然后在超声分散作用下用稀盐酸调节体系pH至3，立即滴入0.4份KH571，继续室温下超声分散1.5h，得到改性硅溶胶，其性能结果见附表1。
实施例5：
将0.5份SDBS、0.05份OP和0.1份十八烷加入25份蒸馏水中搅匀，搅拌下加入23份硅溶胶，60℃温水浴下搅拌5min，然后在超声分散作用下用稀硫酸调节体系pH至2，立即滴入0.5份KH570，继续在60℃温水浴下超声分散40min，得到改性硅溶胶，其性能结果见附表1。
附表1
上述粒径及其分布的测定采用的是英国马尔文NanoZS90型纳米粒度仪，硅溶胶稀释为原来的3％，样品类型为SiO2，稀释剂为蒸馏水，测试温度为25℃。

Claims (6)

1.一种改性硅溶胶的快速制备方法，其特征在于：
第一步：将含有乳化剂和内稳定剂的蒸馏水与硅溶胶混合并搅拌匀，反应条件为10～80℃下搅拌0.5min～30min；
第二步：在高速分散条件下调节体系pH至酸性，加入有机硅氧烷并继续高速分散，制得改性硅溶胶，该阶段反应温度为10～65℃，反应时间为30min～3h。
上述乳化剂用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.1％～30％，内稳定剂用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.01％～100％，蒸馏水用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的100％～1000％，有机硅氧烷用量为硅溶胶中纳米SiO2质量的0.5％～100％。
2.根据权利要求1所述的改性硅溶胶的快速制备方法，其特征在于：乳化剂为壬基酚聚氧乙烯醚(OP)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、硬脂酸聚氧乙烯酯(SE)或壬基酚聚氧乙烯醚马来酸酯钠(OS)中的一种或任几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的改性硅溶胶的快速制备方法，其特征在于：内稳定剂为C原子数≥12的长链烷烃或醇中的某一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的改性硅溶胶的快速制备方法，其特征在于：高速分散的实现方式为超声分散或高速剪切中的一种。
5.根据权利要求1所述的改性硅溶胶的快速制备方法，其特征在于：调节pH所用的酸为盐酸、硫酸等无机酸和甲酸、乙酸、丙烯酸等有机酸中的一种或任几种的混合物。
6.根据权利要求1所述的改性硅溶胶的快速制备方法，其特征在于：有机硅氧烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-(2，3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)、3-(甲基丙烯酰氧基)丙基甲基二甲氧基硅烷(KH571)中的至少一种。
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