[发明专利]表面改性的二氧化硅颗粒

说明书

本发明涉及改性的二氧化硅颗粒以及制备改性二氧化硅颗粒的方法和通过该方法获得的产品，二氧化硅颗粒和含有二氧化硅颗粒的纳米复合材料的特定应用目的。同样提出含有改性二氧化硅颗粒的硅溶胶。

硅溶胶是无定形二氧化硅(SiO₂)的悬浮液，在该悬浮液中二氧化硅基本上(即直至至少50％，优选直至至少70、80或90％)以彼此相互不交联的、球状单个颗粒的形式存在。分散剂可以不同，因此可以是例如溶剂或单体。

硅溶胶用于许多方面。硅溶胶例如适用于作为粘结剂用于精密铸造，用于在耐火领域和在催化剂制备中的纤维，作为涂层剂用于膜(抗粘连)，在纺织领域用于防滑上浆，在建筑领域作为添加剂用于喷射混凝土或作为粘结剂用于防火和绝热应用，作为抛光剂用于电子器件或还在造纸领域，例如在纸保留中或在特殊纸张的涂层中作为添加剂。

视二氧化硅颗粒的粒度而定，常规的硅溶胶以乳状混浊、经乳白色、直至无色透明的形式存在。颗粒通常具有5nm-150nm的直径并通常限于为球状、立体的，优选带有负电荷。在单个颗粒内部通常存在硅氧烷键的框架，其由[SiO₄]四面体或聚硅酸的连接产生。

由于它们的尺寸小，所述颗粒具有大的比表面积，这反过来导致高的表面能。该高表面能所不期望的后果是，颗粒倾向于形成团块或甚至聚集体。由此可能不容易形成稳定的、含二氧化硅颗粒的分散体。

为了尽可能避免颗粒的团聚或聚集，由现有技术可知，在所述颗粒表面对其进行改性。

因此由Ral ph K.IIer的“The Chemistry of Silica”(1979，JohnWiley&Sons，Inc.；New York，Chichester，Brisbane，Toronto)已知，用氯代硅烷改性硅酸盐表面。

EP 0982268A描述了在水可混溶性溶剂的存在下，水性硅溶胶与卤代硅烷和由硅氧烷和卤代硅烷组成的混合物或者硅氧烷的反应。

US 6,736,891描述了在异丙醇存在下沉淀二氧化硅的水性悬浮液在低的pH值下与六甲基二硅氧烷的反应。

由现有技术已知的改性二氧化硅颗粒或其制备方法仅具有不充分的灵活性。例如，使颗粒适应于再加工成复合材料仅是有限可能的。

由US 2,801,185已知一种有机表面改性的二氧化硅颗粒及其制备方法，其中将含水的硅溶胶用有机溶剂掺混并将水共沸去除，使得将水含量降低到1％以下。随后添加改性剂(涂层材料)并进行表面改性。作为涂层剂尤其要提及伯醇和仲醇。但这些颗粒具有以下缺点：它们不具备所期望的稳定性和/或在部分情况下不允许在再加工中所期望的灵活性。

从US 2,786,042可知，用含烃基的硅醇在表面上改性有机硅溶胶。

因此这些已知方法的缺点在于，由此获得仅具有受限的可再分散性的改性颗粒。此外，所述颗粒仅具有有限的与有机溶剂，如甲苯和己烷，或有机树脂和聚合物的相容性。此外，所述颗粒仅能在狭窄的范围内变化，使得灵活的调整是不可能的。

因此，本发明的目的在于提供表面改性的硅溶胶粒子(二氧化硅颗粒)，其在特定的有机溶剂中显示改善的可再分散性或更好的相容性，尤其是在甲苯中。

本发明的目的通过二氧化硅颗粒得以实现，其表面通过如下覆盖度(Belegungsgrad)得到改性：

(a)0.1至16个基团/nm²的类型(A型改性)

(表面-SiO)_x-Si(R¹)_y(OR²)_4-x-y

其中x＝1至3，y＝1至3以及x+y＝2或3；和

(b)0.1至16个基团/nm²的类型(B型改性)

(表面-S i O)_zSiR³_4-z

其中z＝1或2

其中，残基R¹、R²和R³可以是任意的有机残基，且多个残基R¹、R²或R³可以相同或不同。