[发明专利]一种具有防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于功能性纳米粒子与高性能橡胶复合材料领域，具体涉及一种具有防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子及其制备方法与应用。

背景技术

纳米粒子在医学、生物技术、复合材料、光电子器件、传感器和催化等领域都发挥着举足轻重的作用，且其应用领域与无机纳米粒子的粒径、形貌结构和表面活性密切相关。介孔氧化硅是一种具有独特介孔结构和高比表面积的纳米粒子，目前作为纳米载体，已经广泛应用于生物医学领域，特别是在药物缓释方面，然而在多功能高分子助剂领域未见文献报道。

橡胶复合材料在加工、使用过程中，易受到热、氧、光照的影响发生老化，造成物理机械性能的降低。普通的商业防老剂添加到橡胶基体中后，则存在易迁移迁出的缺点，导致防老效果的降低。基于此，我们借鉴介孔二氧化硅纳米粒子作为纳米载体在生物医药领域中的应用方法，将防老剂或防老剂中间体对介孔二氧化硅纳米粒子进行表面修饰后，制备了一种具有优异的防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子，并将其应用到橡胶复合材料中，提高了防老剂的防老效果和防老化效率。这种具有防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子不仅能够有效地改善橡胶复合材料的耐老化性能和物理机械性能，在高性能复合材料中具有很好的应用前景；而且这种利用介孔二氧化硅纳米粒子作为纳米载体去负载高分子助剂的方法，对其它功能性高分子助剂的制备具有重要的借鉴意义。

发明内容

本发明的目的在于改善普通商业防老剂的防老效果和耐迁移迁出效果，提高防老剂的防老化效率，提供一种具有优异防老效果和补强效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子。本发明是通过溶胶-凝胶法制备得到介孔二氧化硅纳米粒子，然后利用防老剂或防老剂中间体对介孔二氧化硅纳米粒子进行表面修饰，得到具有防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子。这种功能性介孔二氧化硅纳米粒子不仅能够有效地改善橡胶复合材料的耐老化性能和物理机械性能，在高性能橡胶复合材料中具有很好的应用前景；而且这种利用介孔二氧化硅纳米粒子作为纳米载体去负载高分子助剂的方法，对其它功能性高分子助剂的制备具有重要的借鉴意义。

本发明的目的通过下述技术方案实现。

一种具有防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子的制备方法，包含如下步骤：

(1)将介孔二氧化硅纳米粒子和硅烷偶联剂混合，在80-120℃下搅拌反应，得到中间产物，即硅烷偶联剂改性的介孔二氧化硅纳米粒子；

(2)将步骤(1)所得中间产物和防老剂或防老剂中间体混合，在60-100℃下搅拌反应，得到具有防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子。

进一步地，步骤(1)中所述的介孔二氧化硅纳米粒子的制备包括以下步骤：首先将表面活性剂和氨水溶解到水中，在50-80℃下搅拌0.5-2h，得混合溶液；然后将有机硅源单体滴加到混合溶液中，搅拌反应1-5h，离心烘干后，在500-800℃的马弗炉下处理2-5h，得到介孔二氧化硅纳米粒子。

更进一步地，所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)中的一种；所述的有机硅源单体为正硅酸乙酯和正硅酸甲酯中的一种。

进一步地，步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物和3-(三甲氧基甲硅烷基)-1-丙硫醇中的一种。

进一步地，步骤(1)中所述搅拌反应的时间为10-24h。

进一步地，步骤(1)中所述的硅烷偶联剂为介孔二氧化硅纳米粒子的5wt％～30wt％。

进一步地，步骤(1)中，介孔二氧化硅纳米粒子和硅烷偶联剂混合加入无水乙醇作为溶剂。

进一步地，步骤(2)中所述的防老剂或防老剂中间体为2-巯基苯并咪唑、2,2'-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉和对氨基二苯胺(RT)中的一种。

进一步地，步骤(2)中所述的防老剂或防老剂中间体为介孔二氧化硅纳米粒子的8wt％～50wt％。

进一步地，步骤(2)中所述搅拌反应的时间为8-12h。

由以上所述的方法制备得到的一种具有防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子。

以上所述的一种具有防老效果的功能性介孔二氧化硅纳米粒子在制备橡胶复合材料中的应用。