[发明专利]纳米二氧化硅的制备方法及表面改性方法

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及纳米二氧化硅的制备方法及表面改性方法。制备方法包括以下步骤：向含有水和氨的醇类物质中加入正硅酸乙酯得到反应体系，反应体系进行反应，得到含有纳米二氧化硅的分散液。本发明制备方法通过调整水浓度、氨浓度和/或反应温度等，能够得到不同粒径的纳米二氧化硅。表面改性方法包括以下步骤：纳米二氧化硅分散液中加入甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷，常温下反应，然后升温继续反应，得到改性的纳米二氧化硅分散液。本发明改性方法能够对纳米二氧化硅进行改性，具有良好的效果。

技术领域

本发明属于纳米材料及高分子复合材料技术领域，特别涉及一种纳米二氧化硅的制备方法及表面改性方法。

背景技术

纳米二氧化硅是涂料、胶黏剂、混凝土、纺织、医药等领域中应用十分广泛的材料。因其属于无机纳米材料，比表面积大，难以分散，当与物理化学性质有差别的材料复合使用时，纳米二氧化硅往往需进行化学改性后进行应用。

目前，制备纳米二氧化硅的方法主要有干法和湿法，工业生产中主要使用干法制备二氧化硅纳米材料，湿法制备二氧化硅主要采用前驱体的水解的方式进行。工业气相法制备纳米二氧化硅的问题气相法制备的粉末状纳米SiO₂已经工业化，但无法控制粒子尺寸的单分散性和形貌。溶胶-凝胶法是通过硅酸酯(如TEOS)的水解缩合反应制备纳米SiO₂，已成为制备单分散纳米SiO₂的主要方法。例如文献：

CN 103626188 A二氧化硅颗粒及其制备方法，在碱性催化剂溶液中，通过四烷氧基硅烷制备了粒径尺寸5-500nm的纳米二氧化硅。

CN 104114627 A有机硅化合物接枝的二氧化硅的制备方法，描述了采用有机硅化合物对纳米二氧化硅表面进行化学修饰，通过有机硅化合物接枝的纳米二氧化硅可以用于硅酮弹性体中，增强硅酮弹性体的康色裂强度和抗拉强度。

CN 106040162 B一种表面改性二氧化硅材料及其制备方法，介绍了在乙醇中通过三甲氧基硅烷改性纳米二氧化硅，并报道了改性纳米二氧化硅对银离子具有选择性吸附功能。

CN 110240168 A一种小尺寸改性纳米二氧化硅的制备方法，描述了通过带正电荷的聚合物与有机溶剂混合后，将有机硅前驱体加入混合，水解反应后得到表面接枝聚合物的粒径15-25nm的二氧化硅。

现有技术中对于纳米二氧化硅的制备和改性存在局限性，一方面对于粒径可控制备纳米二氧化硅的报道较少，且所需原材料种类多；另一方面是纳米二氧化硅的表面改性条件苛刻，且未对不同粒径尺寸纳米二氧化硅改性效果进行充分表征。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种纳米二氧化硅的制备方法。该制备方法包括以下步骤：向含有水和氨的醇类物质中加入正硅酸乙酯得到反应体系，反应体系在22～40℃反应，得到含有纳米二氧化硅的分散液；其中，反应体系中氨浓度为0.1～7.5mol/L、水浓度为0.05～15mol/L。

进一步的，上述纳米二氧化硅的制备方法中，还包括除去含有纳米二氧化硅的分散液中的液体，得到固体纳米二氧化硅颗粒。

具体的，上述纳米二氧化硅的制备方法中，所述醇类物质为乙醇、甲醇或异丙醇中的至少一种。

优选的，上述纳米二氧化硅的制备方法中，所述正硅酸乙酯先分散在醇类物质中，再加入到含有水和氨的醇类物质中。所述醇类物质为乙醇、甲醇或异丙醇中的至少一种。

进一步的，上述纳米二氧化硅的制备方法中，所述加入为在10～20min加完。

优选的，上述纳米二氧化硅的制备方法中，所述反应体系中正硅酸乙酯浓度为0.3～0.7mol/L。

具体的，上述纳米二氧化硅的制备方法中，所述反应时间为16～24h。