[发明专利]一种表面改性的二氧化硅及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面改性的二氧化硅及其制备方法与应用。

背景技术

硅橡胶由于自身独特的性能(比如：耐高温、耐低温、耐辐照、耐原子氧、耐紫外、耐气候变化、绝缘、憎水性、生理惰性等)在航空航天、光学、交通、电子、医疗器械等领域有广泛的应用。但硅橡胶由于分子间作用力较低，又不能像天然橡胶那样在常温下可以应变诱导结晶，导致未补强硅橡胶的力学强度很差，大大限制了它的应用范围，因此需要对其进行补强。

最常见的补强方法是在硅橡胶中加入填料。气相法二氧化硅和沉淀法二氧化硅是硅橡胶主要和重要的补强填料。二氧化硅能有效补强硅橡胶，但要想进一步提高其强度，需要增大二氧化硅的添加量。而随着添加量的增大会使胶料黏度急剧上升，甚至产生结构化现象(所谓结构化即胶料需要相当长的炼胶软化时间，或胶料在存放过程中蠕变硬化，以至于无法返炼加工)，导致体系的工艺性能变差。可操作工艺性能的要求使二氧化硅的添加量受到限制，硅橡胶强度的提高也因此受到限制，力学性能和工艺性能之间的不平衡成为制约硅橡胶综合性能提高的瓶颈。

对室温硫化硅橡胶来说，如何解决操作工艺性和力学性能之间的矛盾显得尤为突出。因为室温硫化硅橡胶最突出的优点就是良好的操作工艺性能，硫化前是可流动的液体，方便使用，如灌装、密封、封装。不足之处是由于分子量较低力学性能差，并且填料添加量受工艺性的限制进一步阻碍了其力学性能的提高。

对二氧化硅进行表面改性，能显著降低二氧化硅/硅橡胶体系的黏度，抑制、延迟、甚至消除结构化，从而增大添加量，提高硅橡胶的力学性能。有关适用于硅橡胶补强的二氧化硅表面改性的专利报导已有很多：

CN85103438公开了一种适用于缩合型室温硫化硅橡胶补强的二氧化硅的干法处理方法：在加热旋转钢球碰撞处理器中进行，所用处理剂为六甲基二硅氮烷配合二甲基二乙氧基硅烷，或三甲基氯硅烷配合碳酸铵，加入201硅油作为稀释剂。这种处理方法解决了缩合型室温硫化硅橡胶流动性和高强度之间的矛盾，但这种改性方法需要特殊的处理器，处理效率不高。

英国专利GB1005473A曾描述了用湿法工艺处理沉淀法二氧化硅的方法：先从碱金属的硅酸盐水溶液和矿物酸中沉淀出二氧化硅，随后加入卤硅烷进行改性，对沉淀物进行过滤、水洗、干燥、300-400℃下在旋转器或流化床中对其进行热处理。但是这种方法具有湿法改性共同的缺点：工艺复杂，反应周期长，不适用连续化生产。

CN200610142600公开了一种用环硅氧烷处理二氧化硅的方法：将酸性的二氧化硅与预先气化的改性剂混合均匀，在少量的水蒸汽和惰性气体的存在下在流化床中连续处理，优选的处理温度是400-600℃，处理时间是0.5±0.2hr。并且要尽量避免接触氧气。这种方法具有更快、更优化的反应速度，且氯化物的残余量非常低，但是反应的温度较高，并且需要隔绝氧气。

US5057151A公开了一种含硅羟基的粒状固体物质的处理方法：三甲基硅醇和六甲基二硅氧烷先混合均匀，之后在氮气下加入粒状固体物质混合，再加入六甲基二硅氮烷和二乙烯基四甲基硅氮烷的混合物、水，最后除去可挥发物质并干燥。用该方法处理的填料填充制备的硅橡胶具有低的黏度，很好的透明性和热稳定性，但是该处理过程也需要在惰性气氛下实施。

因此开发一种操作简单、反应条件要求较低且能达到对二氧化硅较好改性效果的方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面改性的二氧化硅及其制备方法。

本发明所提供的表面改性的二氧化硅是按照包括下述步骤的方法制备得到的：采用硅油和硅氮烷为改性剂对二氧化硅进行改性处理，得到表面改性的二氧化硅。

所述改性处理中，硅油的用量可为二氧化硅质量的10-200％，优选用量为15-100％；硅氮烷的用量可为二氧化硅质量的10-50％，优选用量为15-40％。

所述改性处理的温度可为0℃-250℃，优选温度为80℃-180℃；所述改性处理的时间可为20min-24hr，优选时间为30min-16hr。

所述二氧化硅为气相法二氧化硅或沉淀法二氧化硅。所述二氧化硅的比表面积不小于50m²/g；二氧化硅改性前需除去其表面的吸附水。

同时其它含二氧化硅的物质，比如：硅微粉，石英粉等，只要是含有硅羟基，不管是晶态还是无定形态，都可采用本发明的方法进行改性。