CN1699166A - 一种纳米有机溶剂硅溶胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种有机溶剂硅溶胶，主要由SiO₂微粒、有机溶剂和封端剂组成。其中含5－ 15％的SiO₂微粒、94.5％－83.5％的有机溶剂和0.5－1.5％封端剂。其外观无色、澄清、透明，SiO₂粒径在10－100纳米之间，溶胶体系pH值为6－9之间。一种经济、简便、实用的以硅酸钠为原料，制备沸点比水的沸点高的有机溶剂二氧化硅溶胶的通用方法。该制备方法是以硅酸钠为原料，先采用离子交换法，通过在H₄SiO₄的聚合过程中加入一种能起到封端剂的作用阻止凝胶化发生的稳定剂，得到稳定的SiO₂水溶胶。在水溶胶制备完成后，将其与一定体积的高沸点有机溶剂混合，使用“溶剂置换法”，利用水与加入溶剂的沸点差异可以将混合物中的水全部置换出来，从而制得高沸点有机溶剂SiO₂溶胶。

Description

一种纳米有机溶剂硅溶胶及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，特别是涉及一种纳米有机溶剂硅溶胶及其制备方法。

背景技术

SiO₂溶胶(也称硅溶胶)是高分子无定形SiO₂微粒分散在溶剂中的胶体溶液。在1941年美国人Bird发明利用离子交换法生产硅溶胶以后，硅溶胶逐渐在纤维、织物、造纸、涂料、粘接剂、油漆、陶瓷、医药、食品、精密铸造及电子工业等制造领域得到广泛地应用。现在，在半导体工业中，硅溶胶又被用来对硅片进行精密抛光，应用前景十分广阔。

硅溶胶按照溶剂性质的不同可分为水溶剂硅溶胶或有机溶剂硅溶胶。水溶剂硅溶胶SiO₂的浓度一般为10-40％，其粒径大小为5-100nm，比表面积为50-400m²/g，外观呈乳白色半透明状，多数在PH＞9的碱性条件下稳定，采用Na₂O、NH₃等作为稳定剂，少数在PH＜4的酸性条件下稳定，采用Al₂O₃、NH₄ ⁺、Cl^-等作为稳定剂。水溶胶硅溶胶已在纤维、织物、造纸、涂料、粘接剂、油漆、陶瓷、医药、食品、精密铸造及电子工业等制造领域得到广泛地应用。

从20世纪90年代开始，有机溶剂二氧化硅溶胶(简称为有机溶剂硅溶胶)的研究和应用也得到了迅速发展。已制得的低沸点有机溶剂硅溶胶的SiO₂的浓度一般为10-40％，其粒径大小为5-100nm，比表面积为200-500m²/g，含水量＜7.5，外观呈乳白色半透明状，在酸性条件下稳定，常用的稳定剂有Al₂O₃、HCl、HNO₃、H₂SO₄和H₂C₂O₄等，用相同体积的水稀释低沸点有机溶剂硅溶胶，其PH＜4。有机溶剂硅溶胶可应用于非水性体系，如在制造磁性胶体和记录介质、高技术陶瓷化合物、催化剂载体、高容量胶体蓄电池和铝电解电容器工作电解液等领域都需要有机溶剂硅溶胶。

目前常用的SiO₂溶胶的制备方法有以下几种：①正硅酸乙酯(TEOS)水解法；②离子交换法；③电解电渗析法；④微乳液法等。唐永良在“浙江化工”，2003，23(5)：4-6；王自新等人在“化学推进剂与高分子材料”，2003，1(5)：34-39；万其进等在“湖北师范学院学报(自然科学版)”，1994，14(3)：86-92的以上三篇文章中，综述了硅溶胶的制备方法和应用，以及国内外主要硅溶胶生产商的硅溶胶产品情况。在上面三篇综述文章中所引用的绝大多数专利和文献报道的都是SiO₂水溶胶的制备方法。国内外硅溶胶的产品也全部是SiO₂水溶胶。而且其SiO₂水溶胶的PH稳定范围为酸性PH＜4和碱性PH＞9。虽然国内外产品SiO₂水溶胶浓度可达到10-40％，但产品的外观呈乳白色半透明状。SiO₂水溶胶虽然在纤维、织物、造纸、涂料、粘接剂、油漆、陶瓷、医药、食品、精密铸造及电子工业等制造领域已得到广泛地应用，但由于SiO₂水溶胶的溶胶是水，不能应用于那些拒水体系；另外，现有的稳定的SiO₂水溶胶存在于酸性(PH＜4)或碱性(PH＞9)条件下，不适合于中性体系环境下应用。有机溶剂硅溶胶可应用于非水性体系，如在制造磁性胶体和记录介质、高技术陶瓷化合物、催化剂载体、高容量胶体蓄电池和铝电解电容器工作电解液等领域。

所以研制可应用于非水性体系的有机溶剂硅溶胶已成为科学工作者研究的热点。

现存的有机溶剂硅溶胶的制备方法是以水玻璃为原料，采用离子交换法制得SiO₂水溶胶，或直接采用普通的硅溶胶，然后采用“溶剂共沸”法的溶剂共沸物蒸馏技术，脱水得到有机溶剂硅溶胶。比如，1999年5月11日的美国专利5902226报导了制备丙醇及异丙醇硅溶胶的方法。但此法得到的有机溶剂硅溶胶的有机溶剂丙醇的沸点为97.2℃，异丙醇的沸点为82.4℃，均低于水的沸点100℃，所以该方法仅适用于制备有机溶剂的沸点比水的沸点低的有机溶剂硅溶胶。而且采用“溶剂共沸”无法得到不含水的有机溶剂硅溶胶。又如1999年的美国专利5885485报导了用类似方法制备低沸点的醇和酮的有机溶剂硅溶胶的方法。上面两个专利都无法得到基本不含水的有机溶剂硅溶胶，虽然所得到的硅溶胶的浓度可到达10-40％，但外观仍为乳白色，没有得到外观无色、澄清、透明的有机溶剂硅溶胶。

现有的有机硅溶胶制备方法，只适用于制备低沸点的有机硅溶胶，如乙醇、丙醇和异丙醇硅溶胶，所用溶剂的其沸点都在100℃以下。而且制备得到的有机硅溶胶外观呈乳白色半透明，含水量＜7.5，在酸性条件下才能稳定。这样的有机硅溶胶无法用于那些绝对拒水，而且能承受温度大于100℃，惧怕酸碱腐蚀的领域。如片式铝电解电容器所用有机硅溶胶，就要求其PH值为6-8，有机硅溶胶无色透明，绝对拒水，还必须承受250℃的再流焊的温度。

发明内容

本发明的目的是提供一种高沸点有机溶剂的，外观无色、澄清、透明，粒径在10-100纳米之间，PH为6-9的有机溶剂硅溶胶；另外，本发明还给出该种有机溶剂硅溶胶的一种经济、简便、实用的以硅酸钠为原料的制备方法。

本发明详细技术方案：

一种有机溶剂硅溶胶，主要由SiO₂微粒、有机溶剂和封端剂组成。这种有机溶剂硅溶胶含5-15％质量百分比的SiO₂微粒；含94.5％-83.5％质量百分比的有机溶剂；含0.5-1.5％质量百分比的封端剂。其外观无色、澄清、透明，SiO₂粒径在10-100纳米之间，溶胶体系PH值为6-9之间。

上述有机溶剂硅溶胶中，有机溶剂采用沸点高于100℃的类型，可以是丁醇、异丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、甘油、甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲亚砜、甘油、2-呋喃甲酸甲酯、γ-戊内酯、γ-丁酸内酯、环丁砜和甲基吡咯烷酮等。

上述有机溶剂硅溶胶中，封端剂为一种有机硅偶联剂，可以是各种型号的羟基硅油、烷氧基硅油、烷氧基硅烷等。如低粘度、低分子量的端基为二甲基硅羟基的聚二甲基硅氧烷、209-羟基硅油、甲基苯基硅油、一甲基三乙氧基硅烷、一甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷等。

上述有机溶剂硅溶胶的一种制备方法，以硅酸钠为原料，先采用离子交换法生成原硅酸(H₄SiO₄)；然后在H₄SiO₄的聚合过程中加入一种能起到封端剂的作用阻止凝胶化发生的稳定剂，得到稳定的SiO₂水溶胶；在水溶胶制备完成后，将水溶胶与一定体积的高沸点有机溶剂混合后进行蒸馏，由于水的沸点为100℃，比有机溶剂的沸点低，使用“溶剂置换法”，利用两者的沸点差可以将混合物中的水全部置换出来，从而制得有机溶剂SiO₂溶胶。

在用离子交换法制备SiO₂水溶胶的过程中，当Na₂SiO₃水溶液通过氢型阳离子交换树脂时，溶液中的钠离子被离子交换树脂中的H⁺置换，生成原硅酸(H₄SiO₄)，H₄SiO₄分子间可脱水聚合形成SiO₂粒子，这些SiO₂粒子分散在水中就形成了SiO₂水溶胶。

原硅酸结构式为：

由于一个H₄SiO₄分子有四个活性羟基，因此每一个分子都可以与周围的分子发生分子间的聚合反应而脱去一个水分子。这样就造成了分子之间的聚合，逐渐形成SiO₂粒子。但是，如果这种聚合过程不加控制，聚合反应不断进行下去，就会形成一个巨大的立体网状结构，SiO₂溶胶就会凝胶化，整个体系变为冻胶状，无法再进行利用。因此，采用适当的手段使聚合反应在进行到一定阶段时停止，并不再重新发生是制备稳定SiO₂溶胶的关键。本发明通过在H₄SiO₄的聚合过程中加入一种物质起到封端剂的作用，可阻止凝胶化的发生。例如，采用在体系中加入有机硅偶联剂(例如：各种型号的羟基硅油、烷氧基硅油、烷氧基硅烷等)等，就可在试验过程中起到较好的阻止凝胶化的效果。

以某种烷氧基硅烷RSi(OR)₃为例，其封端剂阻止凝胶化的作用原理如下：在H₄SiO₄的聚合过程中加入一种能起到封端剂作用的有机硅偶联剂RSi(OR)₃，RSi(OR)₃的3个烷氧基与聚合过程中暴露在外面的3个活性羟基反应，使H₄SiO₄的聚合反应在活性羟基与OR中的R反应生成相应的烷醇后，活性端被封闭，使得H₄SiO₄的聚合反应中止，有效的阻止了SiO₂胶体粒子的继续长大而出现的凝胶化现象。

根据上述制备方法的基本思想所提出的一种有机溶剂硅溶胶的制备方法的详细技术方案如下：

一种有机溶剂硅溶胶的制备方法，包括以下步骤：

(1)、配制Na₂SiO₃水溶液。将分析纯的硅酸钠试剂(Na₂SiO₃·9H₂O)用高纯去离子水配制成10-35％的Na₂SiO₃水溶液。

(2)、离子交换。将Na₂SiO₃水溶液从交换柱入口导入装有氢型阳离子交换树脂的交换柱，打开阳离子交换柱出口活塞，收集交换液，并随时检测出口处的pH值。当交换液的pH值变为4～5时，更换收集器，收集交换液作为硅溶胶样品。在此过程中可以发现，随着交换柱中离子交换的发生，交换柱中离子交换树脂的颜色由上到下逐渐变浅，由深棕色变为浅黄色。当全部的Na₂SiO₃溶液加入完毕后，继续向交换柱中注入高纯去离子水，以便置换出交换柱中保留的硅溶胶，收集全部产物。当交换液的pH值恢复到6～7时，停止收集。用醋酸铀酰锌试液检测收集到的硅溶胶中的Na⁺，检测不到Na⁺即为合格。

(3)、减压蒸馏。用减压蒸馏的方法蒸去过量的水，得到浓度为5-15％SiO₂水溶胶。交换树脂失效后可以再生，重复使用。需要说明的事，此步骤不是必备步骤，其作用只是蒸去过量的水，如果步骤(2)所得到的SiO₂水溶胶浓度已经在5-15％之间，此步骤可省略。

(4)、放置陈化。将得到的H₄SiO₄溶液在60-80℃温度下放置陈化1-24小时。恒温的目的是使聚合进行一段时间，从而使SiO₂粒子长大到要求大小，在此期间通过不断测试体系的pH值发现，体系的pH值会不断升高，这是由于H₄SiO₄聚合生成SiO₂粒子的缘故。

(5)、封端。加入0.5-1.5％(质量百分比)的封端剂。混合均匀后再室温陈化24小时。加入封端剂的目的是为了防止溶胶的凝胶化。

(6)、溶剂置换。用上面步骤制备的已知浓度的SiO₂溶胶与一定量的高沸点有机溶剂混合。水溶胶和高沸点有机溶剂的比例，按所需制备的高沸点有机溶剂溶胶的浓度进行计算投料。将混合物装入蒸馏装置中进行蒸馏，蒸馏时应控制体系的温度低于加入的有机溶剂沸点、体系pH值在6-9之间，并用磁力搅拌器进行搅拌。采用油浴等方法可精确控制体系温度，不同的控制温度，加热介质种类不同(如用沸程在230℃以上的液体石蜡)。为了使水更容易从混合物中蒸馏出来，可采用减压蒸馏的方法。调节pH值采用加入氨水或高级脂肪酸的方法。体系中的水减少到一定程度后，体系的粘度会有一定的增大，温度会急剧升高。此时从体系吸取少量液体，用无水CuSO₄检测是否含有水。若无水CuSO₄不变蓝，说明体系中已经不含水或者水的含量极少，溶剂置换就可停止。

补充说明：纯净的溶胶在检测溶胶中的杂质离子如Cl^-，SO₄ ^2-，Na⁺时，应该：用AgNO₃溶液检测Cl^-无沉淀产生；用BaCl₂溶液检测SO₄ ^2-无沉淀产生；用醋酸铀酰锌试剂检测Na⁺，未检出。用Sears碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积，根据比表面积求得SiO₂的粒径。用与有机溶剂硅溶胶相同体积的水稀释后测定PH值。用旋转粘度计测得有机溶剂硅溶胶的粘度。

步骤(4)可采用的封端剂可以是各种型号的羟基硅油、烷氧基硅油、烷氧基硅烷、钛酸偶联剂等，如低粘度、低分子量的端基为二甲基硅羟基的聚二甲基硅氧烷、209-羟基硅油、甲基苯基硅油、一甲基三乙氧基硅烷、一甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷等。

步骤(5)所使用的高沸点溶剂可以是丁醇、异丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、甘油、甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲亚砜、甘油、2-呋喃甲酸甲酯、γ-戊内酯、γ-丁酸内酯、环丁砜和甲基吡咯烷酮等。

本发明的有益效果：

按照上述方法可制备沸点比水的沸点高的有机溶剂硅溶胶，包括乙二醇硅溶胶、甘油硅溶胶、二甲基甲酰胺硅溶胶和γ-丁内酯硅溶胶等。

按照上述方法制得的高沸点有机硅溶胶外观澄清透明，稳定性良好，放置一年后，其外观没有发生任何变化。如果不要求高沸点有机溶剂硅溶胶的外观无色、澄清、透明，按照上述方法可制得浓度为15-40％的高沸点有机溶剂硅溶胶。

提出了使用“溶剂置换法”从SiO₂水溶胶制备高沸点有机溶剂硅溶胶的通用方法——利用有机溶剂的沸点比水高的两者的沸点差通过蒸馏将混合物中的水全部置换出来，从而制得高沸点的有机溶剂硅溶胶。该方法经济、简便、实用，易于推广应用。

通过加入封端剂作为稳定剂，能够有效的防止SiO₂水溶胶的凝胶化，得到PH为6-9的稳定的SiO₂水溶胶。同时，在用溶剂置换法制备高沸点的有机溶剂硅溶胶过程中，也能很好的防止硅溶胶的凝胶化。产品用与有机溶剂硅溶胶相同体积的水稀释后，其PH保持在6-9之间。

可制备浓度为5-15％的有机溶剂硅溶胶，含封端剂0.5-1.5％，含有机溶剂94.5％-83.5％，其外观无色、澄清、透明，PH为6-9，SiO₂的粒径在10-100纳米，比表面积为100-450m²/g。用本发明制备的有机溶剂硅溶胶稳定性能好，可陈放1年以上。

附图说明

图1：封端剂阻止凝胶化的作用原理图

图2：有机硅溶胶制备步骤流程图

具体实施方式

具体实施方式一

(1).称取分析纯的硅酸钠试剂(Na₂SiO₃·9H₂O)116.25克溶于383.75毫升高纯去离子水中配制得到10％的硅酸钠的水溶液。

(2).将Na₂SiO₃水溶液从离子交换上口导入，打开装有氢型阳离子交换树脂的离子交换柱出口活塞，收集交换液。并不断检测出口处交换液的pH值，同时及时补充Na₂SiO₃溶液。当交换液的pH值变为4～5时收集流出交换液作为硅溶胶样品。当全部的Na₂SiO₃溶液加入完毕后，继续向管中注入高纯去离子水，以便置换出交换柱中保留的硅溶胶，收集全部产物。当交换液的pH值恢复到6～7时，停止收集。用去离子水将交换柱冲洗干净，去除残余硅酸以备下次使用。如果阳离子交换树脂已经失效，则需要再生后，再使用。用醋酸铀酰锌试液检测收集到的硅溶胶中的Na⁺，如检测不到Na⁺即为合格产品。

(3).用减压蒸馏的方法蒸馏除去过量的水，得到质量百分比浓度为5％SiO₂水溶胶。

(4).将得到的H₄SiO₄溶液在70℃温度下放置陈化2小时。

(5).按溶液中的硅酸质量加入一定量的封端剂，如：三乙氧基甲硅烷[CH₃Si(OC₂H₅)₃]等，使其在溶液中的质量百分比浓度为0.5％，混合均匀后再室温陈化24小时。

(6).按10：9的体积比混合SiO₂水溶胶和高沸点乙二醇溶剂，将混合物装入蒸馏装置中进行减压蒸馏。控制混合溶液的PH为7，调节pH值采用加入氨水或高级脂肪酸的方法。在蒸馏过程中用磁力搅拌器进行不断搅拌。体系中的水减少到一定程度后，体系的粘度会有一定的增大，温度会急剧升高。此时从体系吸取少量液体，用无水CuSO₄检测是否含有水。若无水CuSO₄不变蓝，说明体系中已经不含水或者水的含量极少，停止溶剂置换的蒸馏。产品应对溶胶中的杂质离子如Cl^-、SO₄ ^2-、Na⁺进行检测，若：用AgNO₃水溶液检测Cl^-无沉淀产生、用BaCl₂水溶液检测SO₄ ^2-无沉淀产生、用醋酸铀酰锌试剂检测Na⁺未检出，则为合格产品。制备出的高沸点乙二醇硅溶胶外观无色、澄清、透明。制得的有机硅溶胶含SiO₂胶粒浓度5％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃0.5％，乙二醇94.5％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积为390m²/g，平均粒径为22纳米。用与有机溶剂硅溶胶相同体积的水稀释后测定PH值为7。用旋转粘度计测得有机溶剂硅溶胶的粘度为19.4厘泊。

具体实施方式二

按实施例1的步骤，称取分析纯的硅酸钠试剂(Na₂SiO₃·9H₂O)232.5克，溶于267.5毫升高纯去离子水中，配制得到20％的硅酸钠的水溶液。经离子交换后，用减压蒸馏的方法蒸馏除去过量的水，得到浓度为10％SiO₂水溶胶。将得到的H₄SiO₄溶液在70℃温度下放置陈化2小时后，按溶液中硅酸的质量加入一定量的封端剂，如三乙氧基甲硅烷[CH₃Si(OC₂H₅)₃]，使其在溶液中的质量百分比浓度为1.0％。混合均匀后再室温陈化24小时。按10∶9的体积比混合SiO₂水溶胶和高沸点乙二醇溶剂，将混合物装入蒸馏装置中进行减压蒸馏，控制混合溶液的PH为9，除去所有的水，制备出乙二醇硅溶胶。其外观无色、澄清、透明。硅溶胶中，含SiO₂胶粒浓度为10％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃1.0％，乙二醇89％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积为258m²/g，平均粒径为30纳米，用与有机溶剂硅溶胶相同体积的水稀释后测定PH值为9，粘度为22.6厘泊。

具体实施方式三

按实施例1的步骤，称取称取分析纯的硅酸钠试剂(Na₂SiO₃·9H₂O)384.8克，溶于151.2毫升去高纯离子水中，配制得到30％的硅酸钠的水溶液。经离子交换后，用减压蒸馏的方法蒸馏除去过量的水，得到浓度为15％SiO₂水溶胶。将得到的H₄SiO₄溶液在70℃温度下放置陈化2小时后，按溶液的硅酸的质量加入一定量的封端剂，如一甲基三乙氧基硅烷[CH₃Si(OC₂H₅)₃]，使其在溶液中的百分比浓度为1.5％。混合均匀后再室温陈化24小时。按10∶9的体积比混合SiO₂水溶胶和高沸点乙二醇溶剂，将混合物装入蒸馏装置中进行减压蒸馏，控制混合溶液的PH为9，制备出乙二醇硅溶胶。其外观无色、澄清、透明。硅溶胶中含SiO₂胶粒浓度为15％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃1.5％，乙二醇83.5％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积为190m²/g，平均粒径为38纳米，用与有机硅溶胶相同体积的水稀释后测定PH值为9，粘度为25.7厘泊。

具体实施方式四

按实施例1的步骤，仅将乙二醇换成γ-丁酸内酯，制备出γ-丁酸内酯硅溶胶。其外观无色、澄清、透明。硅溶胶中含SiO₂胶粒浓度为5％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃0.5％，乙二醇94.5％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积为395m²/g，平均粒径平均粒径为25纳米，PH值为7，粘度为18.2厘泊。

具体实施方式五

按实施例2的相同步骤，仅将乙二醇换成γ-丁酸内酯，制备出γ-丁酸内酯硅溶胶。其外观无色、澄清、透明。硅溶胶中含SiO₂胶粒浓度为10％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃1.0％，乙二醇89％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积为330m²/g，平均粒径为37纳米，PH值为8，粘度为20.5厘泊。

具体实施方式六

按实施例3的相同步骤，仅将乙二醇换成γ-丁酸内酯，制备出γ-丁酸内酯硅溶胶。其外观无色、澄清、透明。硅溶胶中含SiO₂胶粒浓度为15％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃1.5％，乙二醇83.5％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO²粒子的比表面积为220m²/g，平均粒径为45纳米，PH值为8，粘度为24.2厘泊。

具体实施方式七

按实施例1的步骤，仅将乙二醇换成二甲基甲酰胺，制备出二甲基甲酰胺硅溶胶。其外观无色、澄清、透明。硅溶胶中含SiO₂胶粒浓度为5％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃0.5％，乙二醇94.5％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积为470m²/g，平均粒径为30纳米，PH值为7，粘度为10.8厘泊。

具体实施方式八

按实施例3的步骤，仅将乙二醇换成环丁砜，制备出环丁砜硅溶胶。其外观无色、澄清、透明。硅溶胶中含SiO₂胶粒浓度为15％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃1.5％，乙二醇83.5％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积为228m²/g，平均粒径为40纳米，PH值为9，粘度为14.5厘泊。

具体实施方式九

按实施例3的步骤，仅将乙二醇换成甘油，制备出甘油硅溶胶。其外观无色、澄清、透明。硅溶胶中含SiO₂胶粒浓度为15％，封端剂CH₃Si(OC₂H₅)₃1.5％，乙二醇83.5％。用Sears的碱吸附法测定溶胶中SiO₂粒子的比表面积为112m²/g，平均粒径为40纳米，PH值为9，粘度为935.1厘泊。

Claims (10)

1、一种有机溶剂硅溶胶，主要由SiO₂微粒、有机溶剂和封端剂组成，其特征是，这种有机溶剂硅溶胶含5-15％质量百分比的SiO₂微粒；含94.5％-83.5％质量百分比的有机溶剂；含0.5-1.5％质量百分比的封端剂；其外观无色、澄清、透明，SiO₂粒径在10-100纳米之间，溶胶体系PH值为6-9之间。

2、根据权利要求1所述的有机溶剂硅溶胶，其特征是，所述有机溶剂的沸点高于100℃。

3、根据权利要求2所述的有机溶剂硅溶胶，其特征是，所述沸点高于100℃的有机溶剂可以是丁醇、异丁醇、1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、甘油、甲基甲酰胺、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲亚砜、甘油、2-呋喃甲酸甲酯、γ-戊内酯、γ-丁酸内酯、环丁砜和甲基吡咯烷酮等。

4、根据权利要求1所述的有机溶剂硅溶胶，其特征是，所述封端剂为一种有机硅偶联剂。

5、根据权利要求4所述的有机溶剂硅溶胶，其特征是，所述有机硅偶联剂可以是各种型号的羟基硅油、烷氧基硅油、烷氧基硅烷等。

6、根据权利要求5所述的有机溶剂硅溶胶，其特征是，所述各种型号的羟基硅油、烷氧基硅油、烷氧基硅烷等可以是低粘度、低分子量的端基为二甲基硅羟基的聚二甲基硅氧烷、209-羟基硅油、甲基苯基硅油、一甲基三乙氧基硅烷、一甲基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷等。

7、一种有机溶剂硅溶胶的制备方法，其特征是，它包括以下步骤：

(1)、配制Na₂SiO₃水溶液，将分析纯的硅酸钠试剂(Na₂SiO₃·9H₂O)用高纯去离子水配制成10-35％的Na₂SiO₃水溶液；

(2)、离子交换，将Na₂SiO₃水溶液从交换柱入口导入装有氢型阳离子交换树脂的交换柱，打开阳离子交换柱出口活塞，收集交换液，并随时检测出口处的pH值；当交换液的pH值变为4～5时，更换收集器，收集交换液作为硅溶胶样品；当全部的Na₂SiO₃溶液加入完毕后，继续向交换柱中注入高纯去离子水，以便置换出交换柱中保留的硅溶胶，收集全部产物；当交换液的pH值恢复到6～7时，停止收集；

(3)、放置陈化，将得到的H₄SiO₄溶液在60-80℃温度下放置陈化1-24小时；

(4)、封端，加入质量百分比为0.5-1.5％的封端剂，混合均匀后再室温陈化24小时；

(5)、溶剂置换，用上面步骤制备的已知浓度的SiO₂溶胶与一定量的高沸点有机溶剂混合；将混合物装入蒸馏装置中进行蒸馏，蒸馏时应控制体系的温度低于加入的有机溶剂沸点，并控制体系pH值在6-9之间，并用磁力搅拌器进行搅拌；体系中已经不含水或者水的含量极少时，溶剂置换就可停止。

8、根据权利要求7所述的有机溶剂硅溶胶的制备方法，其特征是，所述步骤(2)与步骤(3)之间可以加入减压蒸馏的步骤，用减压蒸馏的方法蒸去过量的水，得到浓度为5-15％SiO₂水溶胶。

9、根据权利要求7所述的有机溶剂硅溶胶的制备方法，其特征是，所述步骤(5)操作过程中可以采用油浴等方法来精确控制体系温度。

10、根据权利要求7所述的有机溶剂硅溶胶的制备方法，其特征是，所述步骤(5)操作过程中为了使水更容易从混合物中蒸馏出来，可采用减压蒸馏的方法；调节pH值可采用加入氨水或高级脂肪酸的方法。

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