[发明专利]一种改性纳米二氧化硅单体分散液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机颗粒分散液的制备领域，尤其涉及一种具有高分散性和高无机含量特征的改性纳米二氧化硅单体分散液的制备方法。

背景技术

作为一种典型无机纳米颗粒，纳米二氧化硅(SiO₂)已被广泛地应用于橡胶、塑料、涂料、油漆、电子、医药、生物、陶瓷、纺织品、化妆品等诸多行业。但由于其颗粒极细，表面原子比率高、比表面积大、表面不饱和残键以及不同键合状态羟基含量高，使其表面配位严重不足，出现许多活性中心。因此，纳米二氧化硅颗粒间往往容易通过范德华力、氢键以及一些共价键作用而互相吸引，进而在生产、运输和应用过程中极易发生大规模的团聚粘连。上述分散性问题的存在不但严重地影响纳米二氧化硅各种效应的充分发挥，而且还会带来所制备复合材料各项性能的明显劣化。

为提高纳米二氧化硅的分散性及其与有机基质的相容性，国内外多个课题组相继把注意力集中于纳米二氧化硅分散液的制备和改性研究中，试图通过合适的改性和分散技术将纳米二氧化硅粉末或者硅溶胶颗粒以初级粒子的形式均匀稳定地分散在水、有机溶剂和单体等介质中。现有的研究表明：气相法和电弧法等干法制备的干粉状纳米二氧化硅颗粒，在生产后的短时间内即会产生大量的软、硬团聚体。上述软硬团聚体，即使通过热处理、机械分散、超声分散、化学分散等方式，也只能使其中软团聚体内的部分粒子在介质中得到再次的高度分散。因此干法制备纳米二氧化硅不适合于制备相应的高分散性的分散液。

而以沉淀法和凝胶法(其中，实验室中常用法来制备单分散的硅溶胶，即在乙醇介质中氨催化水解正硅酸乙酯(TEOS)得到SiO₂颗粒)等湿法制备的纳米二氧化硅胶体在添加适当分散稳定剂或进行表面偶联改性后，不经干燥过程情况下，即有可能得到纳米二氧化硅颗粒以初级粒子形式均匀稳定分散在水或有机溶剂(乙醇、丙酮、丁酮等)介质中的分散液。且目前这些高分散性分散液均已实现工业化生产，易在市场上购买得到。但上述纳米二氧化硅本身仍具有较强的亲水性和自聚性，因此在加热干燥得到二氧化硅粉末以便于制备单体分散液的过程中，极易随着介质的挥发而发生大规模的紧密结合和严重团聚，且这些团聚体即使再通过超声分散或高速剪切等强力分散手段也很难得到彻底的解团聚，因而在最终的单体分散液中往往都能观察到大量的二氧化硅大颗粒聚集体。因此，到目前为止尚未见到既可在单体介质中达到初级粒子形式高度均匀分散、又可长期稳定保存的纳米二氧化硅单体分散液的报道。而以单体为介质的稳定的分散液体系非常利于之后对纳米二氧化硅颗粒表面进行可控的接枝改性和制备具有不同结构形态的有机/无机复合微球。因此同时具有高度的分散均匀性和分散稳定性的高分散性纳米二氧化硅单体分散液的制备具有一定的理论研究意义和较好的工业应用价值。

发明内容

本发明提供了一种改性纳米二氧化硅单体分散液的制备方法，该方法工艺流程简单，过程条件温和，可操作性强，生产效率高，适合于工业化生产；由该方法制备得到的改性纳米二氧化硅单体分散液中改性纳米二氧化硅单体的分散性高，可在单体介质中达到初级粒子水平的均匀稳定分散，且其表面具有较好的可反应性。

一种改性纳米二氧化硅单体分散液的制备方法，包括：

(1)将硅烷偶联剂加入到纳米二氧化硅乙醇分散液中，搅拌状态下在25～40℃条件下偶联改性6～24小时，得到相应的改性纳米二氧化硅乙醇分散液；

(2)向上述改性纳米二氧化硅乙醇分散液中加入单体，混合均匀，在低温(一般低于60℃)高真空(绝对气压一般低于0.010MPa)并始终保持单体存在条件下去除其中的乙醇介质，得到改性纳米二氧化硅质量百分含量为10～30％的改性纳米二氧化硅单体分散液。

其中，步骤(1)中的搅拌可选用常规的搅拌形式如机械或磁力搅拌。

所述的纳米二氧化硅乙醇分散液是一种纳米二氧化硅以颗粒形式分散在乙醇介质中的透明泛蓝光的分散体系，只含有无水乙醇和纳米二氧化硅颗粒两种物质。其中，纳米二氧化硅颗粒的平均粒径(平均体积粒径)为10～60nm，纳米二氧化硅乙醇分散液中纳米二氧化硅质量百分比含量为20～30％。上述纳米二氧化硅乙醇分散液可选用市售产品，也可通过基于正硅酸乙酯为原料的法制备得到。