[发明专利]一种超细疏水性二氧化硅的制取方法

摘要

本发明为一种超细疏水性二氧化硅的制取方法，它是以化学物质正硅酸乙酯为原料，以氯化氨为催化剂，以去离子水为反应剂，以无水乙醇为溶剂，以盐酸，氨水为pH值控制剂，以γ－氨丙基三乙氧基硅烷为改性添加剂，以乙二醇为改性溶剂，经过合理的化学物质配比、精选、纯度控制、催化剂、溶剂、改性添加剂、改性溶剂的优化使用，溶胶、凝胶、酸碱度pH值控制调节，经烘干、研磨、过筛，在250℃焙烧、冷却、疏水改性处理、化合反应、抽滤、二次烘干、检测分析对比，最终得到高纯度的超细疏水性二氧化硅白色粉末，产物粉末颗粒分布均匀，形貌接近球形，粒径为60－70nm，产物疏水性能好，可与多种同类材料及高分子材料匹配，该制取方法使用设备少，工艺流程短，环境污染小，产收率高，可达97％，纯度好，纯度可达98％，是十分理想的制取超细疏水性二氧化硅白色粉末的方法。

主权项

1.一种超细疏水性二氧化硅的制取方法，其特征在于：本发明使用的 化学物质为：正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水、氯化氨、氨水、盐酸、 γ-氨丙基三乙氧基硅烷、乙二醇，其组合配比是：以克、毫升为计量单 位 正硅酸乙酯：C₈H₂₀O₄Si5毫升±0.2毫升 无水乙醇：C₂H₅OH50毫升±1毫升 去离子水：H₂O50毫升±0.2毫升 氯化氨：NH₄Cl0.5毫升±0.02毫升 氨水：NH₃·H₂O0.20毫升±0.02毫升 盐酸：HCl0.30毫升±0.02毫升 γ-氨丙基三乙氧基硅烷：NH₂C₃H₆Si(OC₂H₅)₃0.5毫升±0.02毫升 乙二醇：C₄H₆O₂50毫升±1毫升 本发明的制取方法如下： (1)精选化学物质 对配比所需化学物质要进行精选，并进行纯度控制： 正硅酸乙酯：99.9％ 无水乙醇：99.7％ 去离子水：99.9％ 氯化氨(浓度)：28.0％ 氨水(浓度)：40.0％ 盐酸(浓度)：38.0％ γ-氨丙基三乙氧基硅烷：99.8％ 乙二醇：99.9％ (2)配置溶液并混合 选取配比所需的化学物质，进行溶液配制： 正硅酸乙酯：5毫升±0.2毫升 无水乙醇：50毫升±1毫升 去离子水：50毫升±0.2毫升 将正硅酸乙酯5毫升±0.2毫升置于三口烧瓶中，然后加入无水乙 醇50毫升±1毫升，插入搅拌器搅拌5分钟，然后插入滴液漏斗，将去离 子水50毫升±0.2毫升缓慢滴入三口烧瓶中，边滴入、边搅拌10分钟，使 其澄清，成澄清混合溶液； (3)调节酸碱度pH值 偏酸性调节：将三口烧瓶置于电加热套上，加热温度60℃±1℃， 在滴液漏斗中依次滴入氯化氨0.5毫升±0.02毫升、盐酸0.3毫升±0.02 毫升，并用搅拌器剧烈搅拌，搅拌时间为3分钟±0.3分钟，恒温保温12 分钟±1分钟，正硅酸乙酯水解，酸碱度pH值＝3-4，偏酸性； 偏碱性调节：三口瓶中的混合溶液温度为60℃±1℃，在滴液漏 斗中滴入氨水0.20毫升±0.02毫升，边滴入、边加热、边剧烈搅拌，恒温 保温、剧烈搅拌15分钟±1分钟，混合溶液的酸碱度pH值＝8-9，偏碱 性； 混合溶液缩聚，混合溶液成湿凝胶状态，然后关闭电加热套，停 止加热、搅拌，生成湿性凝胶产物； 溶胶、凝胶时将发生化合反应，反应式如下： 式中：SiO₂·2H₂O——水合二氧化硅 (4)烘干 将湿性凝胶产物取出置于刚玉产物舟中，将湿性凝胶产物连同产 物舟一起置于烘箱中烘干，烘干温度为60℃±1℃，时间为90分钟±1分 钟，湿性凝胶产物烘干后成干性凝胶产物； (5)研磨、过筛 将干性凝胶产物置于玛瑙研钵中，用研磨棒进行研磨，研磨后用 180目筛网过筛，研磨、过筛反复进行，留下细粉，为二氧化硅产物细粉； (6)焙烧 将产物二氧化硅白色细粉置于刚玉产物舟中，将产物及产物舟置 于高温炉中焙烧。焙烧温度为250℃±3℃，焙烧恒温保温时间为30分钟± 1分钟，焙烧后的粉末即为超细二氧化硅白色粉末； (7)冷却 焙烧后的超细二氧化硅白色粉末置于冷却容器中在自然空气中冷 却，冷却速度为2.5℃/分钟，冷却时间为90分钟，至常温20℃±3℃，然 后取出置于专用容器中保存； (8)超细二氧化硅粉体的疏水改性处理 疏水改性剂：γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5毫升±0.02毫升 疏水改性溶剂：乙二醇50毫升±1毫升 第一步：溶剂溶解，将冷却后的二氧化硅白色粉末置于四口烧瓶中， 插入搅拌器、滴液漏斗、温度计、冷凝回流管，将四口烧瓶置于电加热套 上，当加热温度为198℃±0.5℃时，按配比量加入改性溶剂乙二醇50毫升 ±1毫升，同时进行搅拌，使二氧化硅粉体溶解，时间为1分钟±0.2分钟； 第二步：添加改性剂，改性反应，改性溶剂乙二醇加完后，滴入改性 添加剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5毫升±0.02毫升，边滴入、边用搅拌器 搅拌，在加热198℃±0.5℃状态下，使溶液混合并反应，时间120分钟±1 分钟，成混合溶液，反应式如下： 二氧化硅+乙二醇→二氧化硅乙二醇溶液 乙二醇溶剂，将改变二氧化硅表面特性，产生羟基中心堆积，在SiO₂表面的羟基可与乙二醇的羟基基团由氢键联结，进行缩合反应，反应式如 下： 式中：Si——硅H——氢C——碳 O——氧OH——氢氧根HO——氢氧根 改性剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷添加后将进行改性反应，反应式如下： 式中：NH₂C₃H₆Si₂·H₂O—水合氨丙基 第三步：抽滤，将改性反应后的混合溶液置于循环水式真空抽滤泵 中进行抽滤，将液体抽出，成粘稠状白色产物； 第四步：烘干，将粘稠状白色产物置于烘箱中烘干，烘箱温度为 200℃±1℃，烘干时间60分钟±1分钟，即得到超细疏水性二氧化硅白色 粉末； (9)收集产物 将改性后的产物——超细疏水性二氧化硅白色粉末，置于棕色透明的 玻璃容器中，密闭避光保存； (10)检测分析对比 对超细疏水性二氧化硅白色粉末进行纯度、色泽、形态、形貌、物相 结构、颗粒尺寸、疏水性能、羟基紫外线吸收程度、物理化学性能进行检 测、分析、对比、用粒径分析仪进行粒度及粒径分布测试，用透射电镜、X -射线衍射分析仪进行颗粒形貌、尺寸对比分析； (11)储存 对制取的超细疏水性二氧化硅白色粉末，置于棕色透明的玻璃容 器中，避光密闭储存于干燥、阴凉、洁净的环境中，储存温度为20℃±3 ℃，要严格防水、防潮、防火、防晒、防酸碱侵蚀。