[发明专利]一种表面改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法

说明书

本申请公开了一种表面改性的纳米二氧化硅颗粒的制备方法，将硅烷偶联剂和酸性催化剂混合反应，而后将其加入碱性硅溶胶中，反应陈化，得到表面改性的纳米二氧化硅颗粒。本申请采取分段控制的方法，避免了水解产物自聚集降低键合效率，没用使用任何表面活性剂，无繁琐的后处理过程，大幅减低生产成本，工艺操作简单，易于工业化放大。

技术领域

本申请涉及一种表面改性纳米二氧化硅颗粒的制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

纳米二氧化硅颗粒在铸造、建筑、生物医药、航空航天、半导体等众多领域有着广泛的应用。由于氧化硅表面存在大量的羟基，非常容易与其他化学基团发生反应，因此对纳米氧化硅表面进行化学修饰可以得到不同种类的新型材料，不仅延展了纳米氧化硅颗粒的应用领域，更克服了许多实际使用中的局限。

目前改性二氧化硅纳米颗粒的研究有很多，例如国内专利CN110240168A公开了将聚乙烯亚胺与醇、水溶剂混合，再与正硅酸乙酯水解缩合反应后得到表面带正电荷的二氧化硅纳米粒子的方法。另外国内专利CN109337411A公开一种方法，首先将二氧化硅与含氨烷基的三甲基硅氧烷反应，再与丙烯酸酯类功能化改性配合物加成，得到亲水并高稳定分散的二氧化硅颗粒。国内专利CN110194853A公开了一种枝接甲基丙烯酸酯和巯基烷基羰乙基磷酸酯的纳米氧化硅颗粒，目的是改善其分散性和耐磨性。但反应过程比较复杂，不仅需要加热回流还需要使用紫外光照射，制作成本较高。专利CN109987609A公开了一种疏水二氧化硅溶胶的制备方法，使用有机硅烷为前躯体在碱催化下水解缩合得到初始纳米二氧化硅，再将含氟疏水剂与纳米氧化硅溶胶混合制备得到疏水纳米氧化硅溶胶。

纳米二氧化硅表面改性方法较多，主要分为物理改性和化学改性两类。物理改性主要是通过包覆、吸附等物理作用将改性基团或改性试剂吸引至氧化硅表面，从而达到改变原有特性的目的。由于物理改性其主要通过范德华力、静电力等弱结合方式，一旦溶液环境如PH值、温度、浓度、压力等发生改变，很可能出现改性剂与原体系分离的现象。相对来说，化学改性的稳定性较强，主要是通过纳米氧化硅表面的羟基与改性基团发生化学反应，使其显现不同的化学和物理特性，增加了纳米氧化硅的应用范围。

发明内容

为了克服上述现有技术上的缺点与不足，本发明提供一种操作简单，适用范围广泛的纳米氧化硅表面改性方法。在酸性条件催化下使硅烷偶联剂先水解，并且通过控制反应时间与温度避免水解产物之间发生缩合聚集。将水解产物与纳米二氧化硅溶胶混合，使其只在表面与氧化硅的羟基发生键合反应。最终得到表面改性的纳米氧化硅颗粒。

本发明在传质、传热两方面精细控制改性过程，使整个操作过程简单，后处理方便，生产效率高。

一种表面改性的纳米二氧化硅颗粒的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：

a)将含有硅烷偶联剂的溶液在酸性催化剂存在下，反应，得到溶液A；

b)将所述溶液A加入碱性硅溶胶中，混合，得到溶液B；

c)将所述溶液B陈化，得到所述表面改性的纳米二氧化硅颗粒。

可选地，步骤a)中，所述含有硅烷偶联剂的溶液中的溶剂为水醇混合溶液。

可选地，所述步骤a)中硅烷偶联剂选自甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙基三甲氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、N-氨乙基γ-氨丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三乙氧基硅烷、β-(3，4)环氧环己基乙基三甲氧基硅烷、1，2-双三甲氧基硅基乙烷、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷中的至少一种。

可选地，步骤a)中所述酸性催化剂选自盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、甲酸、乙酸、草酸、柠檬酸中的至少一种。

可选地，所述酸性催化剂为质量浓度为1％～10％的溶液。