CN116143130A - 一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶及其制备方法，疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，包括如下质量比例的原料：疏水性气相二氧化硅：25～70；油性物质：0～300；助乳化剂：0～50；液体状态的亲水性表面活性物质：100。本申请的疏水性气相二氧化硅含量很高，质量分数最高可达41.18％，是理想的疏水性气相二氧化硅来源，而其中的油性物质和表面活性物质可选范围极广，可以根据不同的应用需求灵活调控。此外，本申请易分散于水中且具有良好的分散稳定性，适合作为疏水性气相二氧化硅来源加入涂料、颜料、水性膜材料、脱模剂、乳液聚合物等体系中。再者，本申请不含有溶剂，加入其他体系中时不会引入溶剂，具有广泛应用领域和良好的应用前景。

Description

一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶及其制备方法

技术领域

本申请属于水性材料技术领域，具体涉及一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶及其制备方法。

背景技术

疏水性气相二氧化硅是一种具有疏水亲油性的纳米材料，是由亲水性气相二氧化硅，即气相法白炭黑，经活性硅烷或硅氮烷改性制得，是一种疏水亲油的无定形的纳米粉体材料，与有机质具有良好的相容性，故易分散在有机质中，并提供增稠、触变、抗沉、吸收紫外线、反射红外线、消光、提高耐候性和抗老化性、增强稳定性等多种功能，广泛应用于涂料、膜材料、塑料、树脂、橡胶、颜料、密封胶、粘接剂、药物、化妆品、光学材料、催化剂等领域。

近年来，由于环保要求日益提高，油性的、有毒有害的溶剂应用受到越来越严格的限制，涂料、脱模剂、颜料等材料逐渐开始向水性化型，对于其中的疏水性气相二氧化硅而言，则面临着难分散于水的难点。疏水性气相二氧化硅表面分布着致密的烷基，具有很强的疏水性，很难进入水相，且其颗粒尺寸极小，堆密度极低，若与水共同搅拌，非但难以与水相容，还会产生严重的扬尘，造成健康损害、环境污染、材料浪费等问题。

从疏水性气相二氧化硅亲油的特点入手，易想到通过向水中添加表面活性剂的方式提高疏水性气相二氧化硅与水的相容性，但疏水性气相二氧化硅为无定型且具有一定刚性的微粒，微观结构复杂，比表面积巨大，进入水相时往往裹挟着较多的空气，产生了大量的水-气界面，不仅消耗了较高比例的表面活性剂，还造成疏水性气相二氧化硅微粒聚集成团，实际分散达到的微粒尺寸远大于疏水性气相二氧化硅本身的尺寸，其触变、增稠等性能无法充分发挥，且被裹挟的空气泡产生的浮力还会使疏水性气相二氧化硅上浮，向体系上表面聚集，甚至回到气相，不利于疏水性气相二氧化硅的分散稳定性。因此，通常需要高速剪切均质、真空均质等强力的分散手段才能使疏水性气相二氧化硅在水中分散良好。但是该方法能耗较大，且往往还需要先将疏水性气相二氧化硅与醇、油性溶剂相混合以排出微粒间的空气，通过将溶剂与疏水性气相二氧化硅共同乳化的方式促进疏水性气相二氧化硅在水中的分散，所以无法完全摆脱溶剂。

因此，亟需提供一种方便快捷、安全环保、低能耗的引入疏水性气相二氧化硅的新方式。

发明内容

针对上述现有技术的缺点或不足，本申请要解决的技术问题是提供一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶及其制备方法。

为解决上述技术问题，本申请通过以下技术方案来实现：

本申请提出一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，包括如下质量比例的原料：疏水性气相二氧化硅：25～70；油性物质：0～300；助乳化剂：0～50；液体状态的亲水性表面活性物质：100。

可选地，上述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其中，所述油性物质包括以下物质中的一种或多种组合：熔点≤50℃的酸碱性为中性条件下非水性非水反应性的羟基数目≤1的多元醇脂肪酸酯、非水性非水反应性的涂料催干剂、熔点≤50℃的蜡、HLB值≤10的表面活性物质、非水性非水反应性的熔点≤50℃的聚合物单体、25℃下粘度≤100cst的聚烷基硅氧烷、100℃下粘度≤300cst的常温下为液态的聚烯烃、25℃下粘度≤15000mPa·s的环氧树脂、熔点≤80℃的脂肪酸酰胺类开口剂或非水性非水反应性的熔点≤50℃的亲油基团为碳原子数≥4的碳氢化合物的有机物。

可选地，上述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其中，所述助乳化剂包括以下物质中的一种或多种组合：熔点≤70℃且碳原子数为8～24的烃基伯醇、熔点≤70℃且碳原子数为8～18的烃基伯胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、四羟乙基乙二胺、五羟乙基二乙烯三胺、三乙醇胺硼酸酯、1～6个羟乙基取代的三聚氰胺、三丹油或三丹油硼酸酯。

可选地，上述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其中，所述液体状态的亲水性表面活性物质包括以下物质中的一种或多种组合：质量分数≥20％的表面活性剂的水溶液或水悬浊液、固态表面活性剂和液态表面活性剂混合而成的溶液或悬浊液、液态的表面活性剂或含有非表面活性物质但混合后具有表面活性且为液态的混合物。

可选地，上述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其中，所述液体状态的亲水性表面活性物质的HLB值≥10。

本申请还提出一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶的制作方法，包括如下步骤：

分别称取以下原料：25～70质量份的疏水性气相二氧化硅、0～300质量份的油性物质、0～50质量份的助乳化剂和100质量份的液体状态的亲水性表面活性物质；

混合原料：将称取好的原料投入容器，其中，油性物质先于助乳化剂和液体状态的亲水性表面活性物质投放；

每次加料后，搅拌至均匀方可再行加料；

加料完毕后，搅拌所有原料至充分混合，即得疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶。

可选地，上述的制作方法，其中，当所述疏水性气相二氧化硅采用两种或两种以上组分时，对其进行预混合并搅拌至均匀再投放；当所述油性物质、助乳化剂或液体状态的亲水性表面活性物质采用两种或两种以上组分时，可对其进行预混合并搅拌至均匀再投放，亦可不经预混合直接不分顺序地投放；各物料可分批投放以便搅匀，疏水性气相二氧化硅可与其余原料交替投放以避免其在容器中局部含量过高形成硬块而难以搅匀和分散。

可选地，上述的制作方法，其中，当所述油性物质中含有室温下为固体的物质，或环境温度过低造成所述油性物质、所述助乳化剂或所述液体状态的亲水性表面活性物质中的某些组分因粘度过大、溶解缓慢而难以搅匀，则在搅拌过程中进行不高于70℃的水浴加热，水浴加热持续至加料完毕且充分混合；对于在空气中不稳定的油性物质，如不饱和的聚合物单体、干性油，可以在搅拌过程中采用CO₂保护或氮气保护。

可选地，上述的制作方法，其中，对于搅拌至充分混合后的溶胶，可根据需要对其进行真空脱泡处理，对于含水的溶胶，冷却至室温后方可真空脱泡处理。

可选地，上述的制作方法，其中，根据不同原料或不同配比形成的两种或两种以上所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，当其各组分兼容性良好，则可按任意比例相互混合，混合后仍为所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶；所述混合包括直接混合，或者将所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶加水稀释为水溶胶后再混合。

具体地，上述的制作方法，其中，所述各组分兼容性良好是指：各组分间不发生对混合物体系稳定性不利的物理或化学反应，宏观体现为两种或两种以上所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶任意比例相互混合后，仍能充分混合形成均质的混合物，不发生结块、固化、离析、黏度剧增等变质，且加水稀释后仍能分散均匀形成水溶胶并保持均匀稳定60d以上而不发生离析。

可选地，上述的制作方法，其中，所述充分混合是指：取少量原料混合后得到的混合物，将其置于玻璃板上，用刮板刮开为厚薄均匀的透光液膜，借助透射光观察到液膜色泽均一，无颗粒或暗斑。

与现有技术相比，本申请具有如下技术效果：

(1)本申请的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶可以通过简单的低速搅拌或人工搅拌分散于水中，形成半透明泛蓝光的水溶胶或白色乳液，在不额外添加任何稳定剂的条件下可稳定60天以上不出现沉淀、上浮、分层、絮凝等现象。

(2)本申请的水分散性溶胶中疏水性气相二氧化硅含量很高，质量分数最高可达41.18％，是理想的疏水性气相二氧化硅来源，而其中的油性物质和表面活性物质可选范围极广，可以根据不同的应用需求灵活调控，且所述水分散性溶胶易分散于水中，无需高速剪切均质、真空均质等工艺，仅需低速的普通搅拌甚至用搅拌棒人工搅拌即可均匀地分散于水中得到稳定的水溶胶，适合作为疏水性气相二氧化硅来源加入涂料、颜料、水性膜材料、脱模剂、乳液聚合物等体系中；此外，本申请的水分散性溶胶不含有溶剂，加入其他体系中时不会引入溶剂，因此提供了一种方便快捷、安全环保、低能耗的引入疏水性气相二氧化硅的新方式，具有广泛的应用领域和良好的应用前景。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下实施例中所用的原料如无特别说明均为市售工业级的化工原料。

实施例1～19

实施例1～19不含所述油性物质，具体实施方式为：向容器中加入所述助乳化剂、所述液体状态的亲水性表面活性物质和所述疏水性气相二氧化硅，当所述助乳化剂或所述液体状态的亲水性表面活性物质存在多种组分时加料不分顺序且无需预先搅拌，组分和配比如下表1所示，其中，实施例1～9中所述液体状态的亲水性表面活性物质为液态或水溶液，实施例10～16中所述液体状态的亲水性表面活性物质为悬浊液，实施例17～19中所述液体状态的亲水性表面活性物质为含有非表面活性物质但混合后具有表面活性且为液态的混合物，然后充分搅匀，冷却至室温后真空脱泡，得到所述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶。

表1实施例1～19的原料成分和配比表

续表1实施例1～19的原料成分和配比表

续表1实施例1～19的原料成分和配比表

续表1实施例1～19的原料成分和配比表

续表1实施例1～19的原料成分和配比表

续表1实施例1～19的原料成分和配比表

注：实施例18中，三乙醇胺硼酸酯用于和钛酸酯偶联剂201，即异丙氧基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯，组合形成“具有表面活性的混合物”而非用作助乳化剂，其原理与钛酸酯偶联剂311W中双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯与三乙醇胺的组合相同。

实施例1～19的外观与性质详见以下表2所示：

表2实施例1～19的外观与性质详表

实施例20～25

实施例20～25为直接混合两种或多种所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，组分和配比如下表3所示，充分搅匀，冷却至室温后真空脱泡，得到实施例20～25，具体的外观与性质参见表4。

对比例1

对比例1为两种所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶的组分存在不兼容的情况，组分和配比如下表3所示，充分搅匀，冷却至室温后真空脱泡，得到对比例1，具体的外观与性质参见表4。

表3实施例20～25和对比例1的组分和配比表

表4实施例20～25和对比例1的外观与性质详表

对比例1为两种所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶的组分存在不兼容的情况，混合时结块、无法搅匀，稀释后沉淀、无法分散。其组分不兼容的原因在于阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂反应析出不溶性晶体，这种阳离子与阳离子间的电荷吸引力强于疏水性气相二氧化硅对表面活性剂疏水端的吸附，致使原本吸附在疏水性气相二氧化硅表面的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂被大量剥离，无法起到分散疏水性气相二氧化硅的作用，而余下的未剥离的阴离子表面活性剂和阳离子表面活性剂也在电荷吸引力的作用下牵引疏水性气相二氧化硅粒子相互靠近并聚团，无法分散于水中。

实施例26～29

实施例26～29为预先将两种或多种所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶分别加4.5倍质量的水稀释为水溶胶后再混合，搅拌均匀得到混合的稀释液，组分和配比如下表5所示，稀释液外观与性质如下表6所示。

对比例2～4

对比例2～4为两种或多种所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶的组分存在不兼容的情况，组分和配比如下表5所示，稀释液外观与性质如下表6所示。

表5实施例26～29和对比例2～4的组分和配比表

注：对比例4中，异构十醇聚氧乙烯醚1007无须预先加水稀释。

表6实施例26～29和对比例2～4的外观与性质详表

对比例2～4中两种所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶的组分存在不兼容的情况与对比例1相同，不再赘述，其中阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂反应析出的不溶性晶体即稀释液珠光的来源。

实施例26～29的体系中同样含有阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂，但两者在接触前各自首先与非离子表面活性剂异构十醇聚氧乙烯醚1007均匀混合，并预先稀释，在非离子表面活性剂和水的共同作用下，阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂反应析出极其微小的液晶而非不溶性晶体，对疏水性气相二氧化硅仍有良好的分散作用，即两者可以兼容。该作用过程需要水的参与，因此只含有非离子表面活性剂而不含水的对比例1不具有此现象；此外该作用过程还需要阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂在接触前各自首先与非离子表面活性剂均匀混合，实施例28、对比例3～4具有相同的表面活性物质配比和疏水性气相二氧化硅含量，但对比例3～4中非离子表面活性剂的加入方式均无法实现阴离子表面活性剂与阳离子表面活性剂在接触前各自首先与非离子表面活性剂均匀混合，无法形成稳定的稀释液。

此外，非离子表面活性剂对上述液晶在疏水性气相二氧化硅表面形成的吸附层有增塑作用，对电荷吸引力牵引疏水性气相二氧化硅粒子相互靠近并聚团的现象有抑制作用，宏观上表现为降粘和提高稳定性的作用，实施例28、27、26、29中非离子表面活性剂含量依次减小，稀释液黏度依次增大，稳定性有所下降。

实施例30～41

实施例30～41含有油性物质，外观和性质如下表7所示。

实施例30

分别称取70g疏水性气相二氧化硅、300g亚麻油、50g三乙醇胺硼酸酯、75g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)。

向容器中加入30g疏水性气相二氧化硅、300g亚麻油、50g三乙醇胺硼酸酯，搅拌至大致均匀，再加入20g疏水性气相二氧化硅、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)，搅拌至大致均匀，再加入20g疏水性气相二氧化硅、25g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)，充分搅匀，待冷却至室温后真空脱泡。

实施例31

将实施例30中300g亚麻油改为300g PEG400双油酸酯(HLB值7～8)，其余配比不变，操作步骤不变。

实施例32

分别称取70g疏水性气相二氧化硅、100g异辛酸钴(钴含量12％)、50g三乙醇胺硼酸酯、75g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、25g十八胺聚氧乙烯醚AC1810(99％)。

向容器中加入30g疏水性气相二氧化硅、100g异辛酸钴(钴含量12％)、50g三乙醇胺硼酸酯，搅拌至大致均匀，再加入25g疏水性气相二氧化硅、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)，搅拌至大致均匀，再加入15g疏水性气相二氧化硅、25g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、25g十八胺聚氧乙烯醚AC1810(99％)，充分搅匀，待冷却至室温后真空脱泡。

实施例33

分别称取50g疏水性气相二氧化硅、100g 45号半精炼石蜡、20g三乙醇胺、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、25g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)。

向容器中加入100g 45号半精炼石蜡，开启50℃水浴加热，待石蜡熔化后加入20g三乙醇胺、20g疏水性气相二氧化硅，搅拌至大致均匀，再加入20g疏水性气相二氧化硅、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)，搅拌至大致均匀，再加入5g疏水性气相二氧化硅、25g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)，搅拌至大致均匀，再加入5g疏水性气相二氧化硅、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)，充分搅匀后撤走水浴加热，待冷却至室温后真空脱泡。

实施例34

分别称取70g疏水性气相二氧化硅、150g甲基丙烯酸月桂酯、10g月桂醇、70g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、30g十二烷基苯磺酸钠。

在氮气保护下，向容器中加入45g疏水性气相二氧化硅、150g甲基丙烯酸月桂酯、10g月桂醇，搅拌至大致均匀，再加入15g疏水性气相二氧化硅、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)，搅拌至大致均匀，再加入10g疏水性气相二氧化硅、20g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、30g十二烷基苯磺酸钠，充分搅匀，待冷却至室温后真空脱泡。

实施例35

分别称取50g疏水性气相二氧化硅、100g二甲基硅油(100cst)、10g四羟乙基乙二胺、50g异构十三醇聚氧乙烯醚1307(99％)、25g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)。

向容器中加入20g疏水性气相二氧化硅、100g二甲基硅油(100cst)、10g四羟乙基乙二胺，搅拌至大致均匀，再加入20g疏水性气相二氧化硅、50g异构十三醇聚氧乙烯醚1307(99％)，搅拌至大致均匀，再加入10g疏水性气相二氧化硅、25g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)，充分搅匀，待冷却至室温后真空脱泡。

实施例36

分别称取40g疏水性气相二氧化硅、70g聚异丁烯PB950(230cst)、20g异构十二醇、50g异构十三醇聚氧乙烯醚1307(99％)、25g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)。

向容器中加入70g聚异丁烯PB950(230cst)，开启50℃水浴加热，待聚异丁烯黏度降低后加入25g疏水性气相二氧化硅、20g异构十二醇、50g异构十三醇聚氧乙烯醚1307(99％)，搅拌至大致均匀，再加入15g疏水性气相二氧化硅、25g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)，充分搅匀后撤走水浴加热，待冷却至室温后真空脱泡。

实施例37

将实施例36中70g聚异丁烯PB950(230cst)改为70g环氧树脂E51，其余配比不变，操作步骤不变。

实施例38

分别称取45g疏水性气相二氧化硅、150g环氧乙烯基酯树脂901、10g异辛醇、70g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、30g十二烷基苯磺酸钠。

在氮气保护下，向容器中加入150g环氧乙烯基酯树脂901，开启50℃水浴加热，待环氧乙烯基酯树脂黏度下降后，加入20g疏水性气相二氧化硅、10g异辛醇，搅拌至大致均匀，再加入15g疏水性气相二氧化硅、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)，搅拌至大致均匀，再加入10g疏水性气相二氧化硅、20g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、30g十二烷基苯磺酸钠，充分搅匀后撤走水浴加热，待冷却至室温后真空脱泡。

实施例39

分别称取40g疏水性气相二氧化硅、100g油酸酰胺、20g三丹油、70g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、30g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)。

向容器中加入100g油酸酰胺，开启50℃水浴加热，待油酸酰胺软化后加入25g疏水性气相二氧化硅、20g三丹油、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)，搅拌至大致均匀，再加入10g疏水性气相二氧化硅、20g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)，搅拌至大致均匀，再加入5g疏水性气相二氧化硅、30g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)，充分搅匀后撤走水浴加热，待冷却至室温后真空脱泡。

实施例40

将实施例39中100g油酸酰胺改为100g羟乙基乙撑双硬脂酰胺，其余配比不变，操作步骤不变。

实施例41

分别称取50g疏水性气相二氧化硅、100g聚羟基硬脂酸、50g三乙醇胺硼酸酯、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)、25g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)。

向容器中加入35g疏水性气相二氧化硅、100g聚羟基硬脂酸、50g三乙醇胺硼酸酯、50g椰油酰胺丙基羟磺基甜菜碱(35％)，搅拌至大致均匀，再加入15g疏水性气相二氧化硅、25g椰油酰胺丙基甜菜碱(97％)、25g异构十三醇聚氧乙烯醚羧酸钠IAEC-1307Na(98％)，充分搅匀，待冷却至室温后真空脱泡。

表7实施例30～41的外观与性质详表

本申请制备的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶是一种用以向涂料、颜料、水性膜材料、脱模剂、乳液聚合物等体系中引入疏水性气相二氧化硅的原料，在不同应用领域中将与其他各种不同的组分复配，非本申请所涉及的范围，因此本申请中仅考察疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶在纯净水中的分散情况，即加9倍质量的水稀释并搅匀后研究其稳定时间，实际上在上述应用领域中通常还额外添加提高分散稳定性的助剂，因此实际应用中疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶应具有更好的分散稳定性。

综上所述，本申请的水分散性溶胶中疏水性气相二氧化硅含量很高，质量分数最高可达41.18％，是理想的疏水性气相二氧化硅来源，而其中的油性物质和表面活性物质可选范围极广，可以根据不同的应用需求灵活调控，此外所述水分散性溶胶易分散于水中且具有良好的分散稳定性，适合作为疏水性气相二氧化硅来源加入涂料、颜料、水性膜材料、脱模剂、乳液聚合物等体系中；而且所述水分散性溶胶不含有溶剂，加入其他体系中时不会引入溶剂，因此提供了一种方便快捷、安全环保、低能耗的引入疏水性气相二氧化硅的新方式，具有广泛应用领域和良好的应用前景。

本申请的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶的主要原理在于疏水性气相二氧化硅对表面活性物质的亲油端的强烈的吸附作用，使其易分散于浓表面活性物质体系，通常而言涂料、颜料、水性膜材料、脱模剂、乳液聚合物等体系不会添加如此多的表面活性剂，因为过量的表面活性剂对材料的性能有不利的影响，且不经济，但考虑到这些体系中疏水性气相二氧化硅的添加量通常也较小，因此本申请制备了疏水性气相二氧化硅和表面活性物质的含量都很高的水分散性溶胶，一方面高含量的表面活性物质使得疏水性气相二氧化硅的含量达到较高水平时所述溶胶仍具有良好稳定性和水分散性，另一方面高含量的疏水性气相二氧化硅使得应用时仅需向涂料、颜料、水性膜材料、脱模剂、乳液聚合物等体系中添加少量的所述溶胶即可达到所需的疏水性气相二氧化硅用量，减少了引入体系的表面活性物质的量，且所用的表面活性物质也可根据需要灵活调整以尽可能减小对体系的影响，总体而言，通过采用本申请的水分散性溶胶向体系中添加疏水性气相二氧化硅，附带地引入体系的表面活性物质远少于直接将疏水性气相二氧化硅分散加入体系所需的表面活性剂用量，产生的影响也更小。

本申请的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶中，借助疏水性气相二氧化硅对表面活性物质的亲油端的强烈的吸附作用，除了提高疏水性气相二氧化硅分散性和稳定性的效果外，亦反作用于表面活性物质本身。

一方面，这样强烈的吸附作用迫使不同的表面活性物质都能构成亲油端指向疏水性气相二氧化硅、亲水端指向外侧的致密且稳定的排列方式，形成以疏水性气相二氧化硅微粒为核心，外侧布满亲水端的亲水性胶束，降低了对表面活性物质本身性质的要求，对于HLB值在10～40内的表面活性剂及其组合都适用，这与表面活性剂常规的应用方式截然不同，通常乳化一种油性物质只适用某一与之相匹配的HLB值附近十分狭窄的范围内的表面活性剂，如乳化工业豆油所需的表面活性剂可选的HLB值范围一般为6.5～7.2。

另一方面，强烈的吸附作用也使一些通常情况下不可行的表面活性剂应用方式得以实现，例如十二烷基硫酸钠(固体)，常温下溶解度约为15％，不存在质量分数60％的稳定水溶液，在此浓度下未溶解的十二烷基硫酸钠固体颗粒形成悬浊液，无法充分发挥作用，而疏水性气相二氧化硅对十二烷基硫酸钠疏水端，即十二烷基，强烈的吸附使其源源不断地从固体颗粒表面溶出并迁移到疏水性气相二氧化硅表面，同时搅拌过程中疏水性气相二氧化硅对十二烷基硫酸钠固体颗粒的研磨作用将其破碎并显著增大其比表面积，进一步促进十二烷基硫酸钠向疏水性气相二氧化硅表面的迁移，宏观上这可观察到十二烷基硫酸钠质量分数为60％的悬浊液与疏水性气相二氧化硅搅拌均匀后形成了半透明的稳定的均质体系；而这样的过程不仅仅发生在固体表面活性剂-水的体系中，还同样可发生在固体表面活性剂与液体表面活性剂混合物体系中，例如十二烷基三甲基氯化铵(固体)常温下难溶于无水的异构十碳醇聚氧乙烯醚1007(液体)，只能形成悬浊液，但十二烷基三甲基氯化铵质量分数为60％的十二烷基三甲基氯化铵-无水的异构十碳醇聚氧乙烯醚1007混合物与疏水性气相二氧化硅搅拌均匀后也形成了半透明的均质体系。如此现象不胜枚举，因此本申请所述液体状态的亲水性表面活性物质，中的“液体状态”而非狭义的“液态”或“溶液”；这种吸附作用同样也可作用于含有非表面活性物质但混合后具有表面活性且为液态的混合物，使其亦可发挥表面活性剂的作用，与疏水性气相二氧化硅形成水分散性溶胶，如钛酸酯偶联剂311W，其为双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯(不溶于水，酸性，无表面活性)与三乙醇胺(溶于水，碱性，无表面活性)的混合物，可溶于水，具有较弱的表面活性，其表面活性源于混合物中双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯的质子可逆地转移到三乙醇胺上生成的离子化合物，疏水性气相二氧化硅可以强烈地吸附双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯的疏水端并将其锚固在表面，但对三乙醇胺的吸附作用很弱，使三乙醇胺更倾向于螯合着双(二辛基焦磷酸酰氧基)乙撑钛酸酯的质子并相对远离疏水性气相二氧化硅，如此作用促进了钛酸酯偶联剂311W向离子化合物的转变，提高了其表面活性，疏水性气相二氧化硅与钛酸酯偶联剂311W混合均匀后可形成几乎透明的黄色的水分散性溶胶，分散于水中形成稳定的浅黄色半透明分散液，因此本申请所述液体状态的亲水性表面活性物质中的表面活性物质包含“含有非表面活性物质但混合后具有表面活性且为液态的混合物”而非狭义的“表面活性剂”。本申请利用疏水性气相二氧化硅对表面活性物质的亲油端的强烈的吸附作用极大地拓宽了表面活性物质的可选范围并使其灵活可调，拓展了疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶的适用范围。

对于仅含疏水性气相二氧化硅和液体状态的亲水性表面活性物质的混合物，疏水性气相二氧化硅添加量的上限主要受制于混合物体系黏度随疏水性气相二氧化硅含量增大而上升至无法搅匀的情况，此时体系中的疏水性气相二氧化硅的表面并不足以吸附完所用的表面活性物质，尚有大量游离的表面活性剂未发挥作用，但体系极大的黏度使得无法再加入更多的疏水性气相二氧化硅，为实现物尽其用，本申请的水分散性溶胶还可根据不同的应用需求添加油性物质，一方面可以充分利用游离的表面活性剂将油性物质乳化分散，当溶胶分散于水中时，疏水性气相二氧化硅分散的同时这些油类物质亦可乳化分散进入涂料、颜料、水性膜材料、脱模剂、乳液聚合物等体系；另一方面，这些油类物质在所述的水分散性溶胶中起到了稀释、降粘的作用，使其更易分散于水中，或在不增加表面活性物质用量的前提下允许进一步增大疏水性气相二氧化硅的用量；至于油性物质的分散稳定性，虽如上所述，通常乳化一种油性物质只适用某一与之相匹配的HLB值附近十分狭窄的范围内的表面活性剂，但在制备本申请的水分散性溶胶的搅拌过程中，疏水性气相二氧化硅微粒起到了强力的研磨作用，将油性物质液滴破碎至微小的尺寸，具有很大的比表面积，可以吸附大量的表面活性剂，导致油性物质液滴间难以聚集与合并，此外还有一部分油性物质受疏水性气相二氧化硅对其强烈的吸附作用，被疏水性气相二氧化硅微粒裹挟或渗入疏水性气相二氧化硅微粒的微孔隙中，形成的混合物微粒外侧仍以疏水性气相二氧化硅的外表面为主，借助疏水性气相二氧化硅对表面活性物质亲油端的吸附作用与表面活性物质相结合，屏蔽了油性物质本身对表面活性物质HLB值的匹配要求，由此使得油性物质乳化所需HLB值和实际添加的表面活性物质的HLB值不相匹配时仍能维持稳定不离析，且在水分散性溶胶分散于水中后依旧能保持稳定，这也拓展了油性物质的可选范围，本申请对此加以利用，制备了多功能化的水分散性溶胶，通过添加这种水分散性溶胶能引入多种不同的油类物质，可满足多领域的应用需求。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本申请进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其特征在于，

包括如下质量比例的原料：

疏水性气相二氧化硅：25～70；

油性物质：0～300；

助乳化剂：0～50；

液体状态的亲水性表面活性物质：100。

2.根据权利要求1所述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其特征在于，所述油性物质包括以下物质中的一种或多种组合：熔点≤50℃的酸碱性为中性条件下非水性非水反应性的羟基数目≤1的多元醇脂肪酸酯、非水性非水反应性的涂料催干剂、熔点≤50℃的蜡、HLB值≤10的表面活性物质、非水性非水反应性的熔点≤50℃的聚合物单体、25℃下粘度≤100cst的聚烷基硅氧烷、100℃下粘度≤300cst的常温下为液态的聚烯烃、25℃下粘度≤15000mPa·s的环氧树脂、熔点≤80℃的脂肪酸酰胺类开口剂或非水性非水反应性的熔点≤50℃的亲油基团为碳原子数≥4的碳氢化合物的有机物。

3.根据权利要求1或2所述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其特征在于，所述助乳化剂包括以下物质中的一种或多种组合：熔点≤70℃且碳原子数为8～24的烃基伯醇、熔点≤70℃且碳原子数为8～18的烃基伯胺、三乙醇胺、三异丙醇胺、四羟乙基乙二胺、五羟乙基二乙烯三胺、三乙醇胺硼酸酯、1～6个羟乙基取代的三聚氰胺、三丹油或三丹油硼酸酯。

4.根据权利要求1或2所述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其特征在于，所述液体状态的亲水性表面活性物质包括以下物质中的一种或多种组合：质量分数≥20％的表面活性剂的水溶液或水悬浊液、固态表面活性剂和液态表面活性剂混合而成的溶液或悬浊液、液态的表面活性剂或含有非表面活性物质但混合后具有表面活性且为液态的混合物。

5.根据权利要求4所述的疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，其特征在于，所述液体状态的亲水性表面活性物质的HLB值≥10。

6.一种疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

分别称取以下原料：25～70质量份的疏水性气相二氧化硅、0～300质量份的油性物质、0～50质量份的助乳化剂和100质量份的液体状态的亲水性表面活性物质；

混合原料：将称取好的原料投入容器，其中，油性物质先于助乳化剂和液体状态的亲水性表面活性物质投放；

每次加料后，搅拌至均匀方可再行加料；

加料完毕后，搅拌所有原料至充分混合，即得疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括进行真空脱泡处理步骤。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，当所述疏水性气相二氧化硅采用两种或两种以上组分时，对其进行预混合并搅拌至均匀再投放。

9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，当所述油性物质中含有室温下为固体的物质，或环境温度过低造成所述油性物质、所述助乳化剂或所述液体状态的亲水性表面活性物质中的某些组分因粘度过大、溶解缓慢而难以搅匀，则在搅拌过程中进行不高于70℃的水浴加热，水浴加热持续至加料完毕且充分混合。

10.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，对于在空气中不稳定的油性物质，如不饱和的聚合物单体、干性油，可以在搅拌过程中采用CO₂保护或氮气保护。

11.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，根据不同原料或不同配比形成的两种或两种以上所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶，当其各组分兼容性良好，则可按任意比例相互混合，混合后仍为所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶；所述混合包括直接混合，或者将所述疏水性气相二氧化硅的水分散性溶胶加水稀释为水溶胶后再混合。