CN1704452A - 一种纳米二氧化硅微粒制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可在有机介质中分散的纳米二氧化硅微粒制备方法，包括硅酸钠在反应介质中于碱性条件下水解步骤和有机硅化合物修饰水解生成的纳米二氧化硅反应步骤，有机硅化合物在所制备的纳米二氧化硅微粒中所占的质量百分比为5－ 80％。制成的纳米二氧化硅具有较强的憎水亲油性，颗粒尺寸达10－100nm，可降低与非极性介质间的表面张力，易于在非极性溶剂中分散。

Description

一种纳米二氧化硅微粒制备方法
技术领域
本发明涉及一种由硅酸钠水解制备有机物修饰的纳米二氧化硅微粒的方法。
背景技术
纳米二氧化硅作为油田采油、橡胶、塑料、涂料、纺织品、光电材料、润滑油(酯)等填料或添加剂方面都有广泛应用，但目前文献报道及市场上的纳米二氧化硅产品在非极性溶剂中不能分散或分散效果不好，限制了其在上述领域中的应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种由硅酸钠水解制备有机硅化合物修饰的纳米二氧化硅微粒的方法，制成的纳米二氧化硅在非极性溶剂中分散性好。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种纳米二氧化硅微粒制备方法，包括硅酸钠在反应介质中于碱性条件下水解步骤和有机硅化合物修饰水解生成的纳米二氧化硅反应步骤，有机硅化合物在所制备的纳米二氧化硅微粒中所占的质量百分比为5-80％。
反应介质为水、四氢呋喃、丙酮、环己烷、C2-C12的醇之一种或若干种的组合或者其与水的混合介质。
有机硅化合物选用烷氧基硅烷、氯硅烷，
水解反应pH值为9-11、硅酸钠与氯化铵的摩尔比为1∶2-4、温度为常温-100℃、反应时间1-10小时；修饰反应中有机硅化合物与硅酸钠的摩尔比为1∶0.1-10、温度为常温-100℃、反应时间1-10小时。
水解反应的反应介质优先选用乙醇与水的混合溶剂，反应温度为30-100℃；有机硅化合物修饰反应中反应温度为40-80℃。
本发明的原料为普通的工业产品，制备方法采用普通化学合成方法，易于工业化。本发明制备的有机硅化合物修饰的纳米二氧化硅微粒在某些非极性溶剂中分散性很好，比如，在柴油中分散后完全透明澄清。
本发明特点在于：有机硅化合物单体修饰在硅酸钠水解形成的氧化硅表面，形成可很好分散于非极性溶剂中的二氧化硅纳米微粒。调节pH值的大小、硅酸钠水解时间及有机硅化合物的含量，可以控制纳米微粒的粒径大小，产品粒径小于100nm。改变有机硅化合物的类型及含量可改变纳米微粒在不同溶剂中的分散性能。由表面修饰SiO2纳米微粒的透射电镜(TEM)图可以看出，SiO2纳米微粒的粒径在10-20nm，粒径分布比较均匀。从表面修饰SiO2纳米微粒的热重曲线可以看出，失重主要有两个阶段，一个是100℃之前，失重1.5％，另一个是300℃至550℃之间，失重约5％，至800℃时总失重达11.5％。结合差热曲线分析，120℃前吸热主要是吸附水和少量游离有机修饰剂的蒸发引起的，200℃开始放热，550℃处的放热峰是有机物燃烧引起的。从热分析结果可粗略估计SiO2纳米微粒中SiO2含量约为88.5％，水分约为1.5％，有机物含量约为10％。从表面修饰SiO2纳米微粒的XRD图谱中可见，在2θ＝21.2°处出现了一个宽化的衍射峰，说明样品是由纳米级的SiO2微晶所构成，即通常所谓的无定型SiO2纳米微粒。
附图说明
图1为表面修饰SiO2纳米微粒的透射电镜(TEM)图；
图2为表面修饰SiO2纳米微粒的TG/DAT图；
图3为表面修饰SiO2纳米微粒的XRD图谱。
具体实施方式
实施例1、取19.4g Na2SiO3·5H2O置于500ml三颈瓶中，加入300ml蒸馏水，溶解，过滤去掉不溶物。取12.8g氯化铵溶解于100ml去离子水中。在搅拌下把氯化铵溶液滴加入三颈瓶中；升温至80℃，恒温反应3小时；抽滤，洗涤至无Cl-存在，滤饼转移至200ml乙醇中；加入0.05mol一氯三甲基硅烷，恒温80℃反应3小时。过滤、干燥得到白色固体粉末，粒径为10-20nm。
实施例2、取33g Na2SiO3·5H2O置于500ml三颈瓶中，加入300ml蒸馏水，溶解，过滤去掉不溶物。取21.8g氯化铵溶解于100ml去离子水中。在搅拌下把氯化铵溶液滴加入三颈瓶中；升温至80℃，恒温反应3小时；抽滤，洗涤至无Cl-存在，滤饼转移至40ml去离子水中和160ml乙醇的混合溶液中；加入0.05mol二苯基二甲氧基硅烷，恒温60℃反应2小时。喷雾干燥得到白色固体粉末，粒径为20-30nm。
实施例3、取38.8g Na2SiO3·5H2O置于500ml三颈瓶中，加入300ml蒸馏水，溶解，过滤去掉不溶物。取25.7g氯化铵溶解于100ml去离子水中。在搅拌下把氯化铵溶液滴加入三颈瓶中；升温至80℃，恒温反应3小时；抽滤，洗涤至无Cl-存在，滤饼转移至100ml去离子水中100ml四氢呋喃的混合溶液中；加入0.08mol二甲基二乙氧基硅烷，恒温80℃反应3小时。过滤、干燥得到白色固体粉末，粒径为30-50nm。

Claims (5)

1、一种纳米二氧化硅微粒制备方法，其特征在于，包括硅酸钠在反应介质中于碱性条件下水解步骤和有机硅化合物修饰水解生成的纳米二氧化硅反应步骤，有机硅化合物在所制备的纳米二氧化硅微粒中所占的质量百分比为5-80％。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，反应介质为水、四氢呋喃、丙酮、环己烷、C2-C12的醇之一种或若干种的组合或者其与水的混合介质。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，有机硅化合物选用烷氧基硅烷、氯硅烷，
4、如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，水解反应pH值为9-11、硅酸钠与氯化铵的摩尔比为1∶2-4、温度为常温-100℃、反应时间1-10小时；修饰反应中有机硅化合物与硅酸钠的摩尔比为1∶0.1-10、温度为常温-100℃、反应时间1-10小时。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，水解反应的反应介质优先选用乙醇与水的混合溶剂，反应温度为30-100℃；有机硅化合物修饰反应中反应温度为40-80℃。
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