CN100457833C - 一种纳米SiO2粉体材料表面改性的方法 - Google Patents

一种纳米SiO2粉体材料表面改性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米SiO2粉体材料的分散方法，其方法首先是在反应釜内加入纳米SiO2溶胶，搅拌并滴入Al(NO3)3·9H2O，后用尿素水溶液调节pH＝7.5～8.0，在75℃的温度下反应2h，使Al(OH)3充分包覆于纳米SiO2颗粒表面，再用去离子水洗涤，在110℃下干燥至恒重，得到表面包覆Al(OH)3的纳米SiO2粉体；其次是在反应釜内加入十二烷基苯磺酸钠，并用去离子水搅拌溶解后，加入上述制得表面包覆Al(OH)3的纳米SiO2粉体，调节pH＝6，搅拌反应2h，即制得氢氧化铝表面包覆十二烷基苯磺酸钠表面改性的纳米SiO2粉体。本发明工艺简单，操作方便，原料成本低，改性效果好，而且无毒性，改性后的纳米SiO2粉体可作为一种功能填料，应用于塑料、橡胶、涂料、黏合剂等诸多行业的产品中，以提高材料的机械性能和材料的综合性能。

Description

一种纳米SiO2粉体材料表面改性的方法
技术领域
本发明涉及一种纳米粉体材料的分散方法，特别是利用氢氧化铝/十二烷基苯磺酸钠表面包覆改性的纳米SiO2粉体材料的分散方法。
背景技术
纳米SiO2具有较高的表面活性和成键倾向，但较高的表面活性和成键倾向导致其表面能很高，粒子之间极易发生团聚，为了提高纳米SiO2的分散性，研究者对使用的分散剂、分散方法进行了大量研究。如欧玉春等利用丙烯酸衍生物为表面活性剂改性纳米SiO2，再加入到含过氧化物的甲基丙烯酸甲酯溶液中，热引发本体聚合，获得纳米SiO2复合材料；Espiard研究了丙烯酸乙酯在纳米SiO2表面活性点上的接枝聚合反应，获得了具有良好分散性的纳米SiO2粒子；德国专利DE4433542用聚硅烷(摩尔质量约为10000，由3-H2N-C6H4SiPr重复单元组成)和石英粉混合，在紫外光照射下搅拌5h，得到纳米SiO2活性填料；TeofilTesionouski等利用巯基硅烷、乙烯基硅烷偶联剂对纳米SiO2进行表面处理后，纳米粉体表面羟基数目大量减少。日本专利JPOS10514用硅烷二醇衍生物处理纳米SiO2，并在混合加热过程中，加入催化剂(HCl或碱金属氢氧化物或胺类)，改性后的纳米SiO2用作硅橡胶填料时性能良好。
上述分散方法存在针对性强，应用范围窄，分散剂多使用阳离子表面活性剂，价格昂贵，且具有毒性等不足。为此，本发明提出了无机/有机表面包覆改性分散法，即先用Al(OH)3对纳米SiO2颗粒进行表面包覆，使其界面电性能改变，等电点向pH值增大的方向偏移，从而使得纳米SiO2粉体对阴离子表面活性剂的吸附可在接近中性的条件下进行，然后使用阴离子表面活性剂进行改性，实现对纳米SiO2的分散。
发明内容
本发明要解决的问题是，采用阳离子表面活性剂对纳米SiO2粉体材料进行分散时，价格昂贵，具有毒性。为此，本发明提供一种价格低廉且无毒性的纳米SiO2粉体材料的分散方法。
本发明采用无机/有机表面包覆改性的复合分散方法，对纳米SiO2进行分散，首先利用氢氧化铝通过沉淀反应在纳米SiO2表面形成一层“包膜”，改变纳米SiO2颗粒的界面电性能，然后采用十二烷基苯磺酸钠，通过化学反应进行表面改性处理，实现对纳米SiO2的分散。其具体工艺方法依次按下列步骤进行：
第一步，无机包覆：在带有搅拌装置和液流管的反应釜内，加入1L固液比为50g/L的纳米SiO2溶胶，搅拌均匀，再将20ml浓度为0.02～0.1mol/L的Al(NO3)3·9H2O从液流管滴入，用尿素水溶液调节反应液的pH值，使其保持在7.5～8.0之间，在75℃的温度条件下，反应2h，反应结束后，用去离子水洗涤，再用无水乙醇脱水，然后再在110℃的温度条件下干燥至恒重，即制得表面包覆Al(OH)3的纳米SiO2粉体；
第二步，有机改性：将质量百分数为0.5％～2.0％的十二烷基苯磺酸钠加入带有搅拌装置的反应釜内，加入1L去离子水搅拌溶解均匀后，按固液比为50g/L的配比加入上述制得的表面包覆Al(OH)3的纳米SiO2粉体，调节反应液的pH＝6，搅拌反应2h，反应结束后，先用去离子水洗涤，再用无水乙醇脱水，然后在110℃的温度条件下干燥至恒重，即制得氢氧化铝表面包覆十二烷基苯磺酸钠表面改性的纳米SiO2粉体。
本发明通过实施上述技术方案，与现有纳米SiO2粉体材料通常使用阳离子表面活性剂对其进行分散的方法相比，先用Al(OH)3对纳米SiO2颗粒进行表面包覆，使其界面电性能发生改变，等电点向pH值增大的方向偏移，从而使得SiO2粉体对阴离子表面活性剂的吸附可在接近中性的条件下进行，使改性条件变得温和的同时降低了分散剂的成本，而且无毒性。本发明的工艺方法简单，操作方便，改性效果好，分散后粉体可以作为一种功能填料，应用于塑料、橡胶、涂料、黏合剂等诸多行业的产品中，以提高材料的机械性能和材料的综合性能，克服了其它分散方法针对性强，应用范围窄的不足。
附图说明
图1是未经本发明分散的纳米SiO2粉体的扫描电镜照片
图2是经本发明分散的纳米SiO2粉体的扫描电镜照片
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作出进一步的详细说明
实施例1
第一步，无机包覆：在带有搅拌装置和液流管的反应釜内，加入1L固液比为50g/L的纳米SiO2溶胶，将20ml浓度为0.03mol/L的Al(NO3)3·9H2O从液流管滴入，通过尿素水溶液调节反应液的pH值，使其保持在7.5～8.0之间，在75℃的温度条件下，反应2h，使Al(OH)3包覆于纳米SiO2颗粒表面，反应结束后，先用去离子水洗涤，再用无水乙醇脱水，然后在110℃的温度条件下干燥至恒重，先用去离子水洗涤，再用无水乙醇脱水，然后在110℃的温度条件下干燥至恒重，即制得表面包覆Al(OH)3的纳米SiO2粉体。
第二步.有机改性：先将质量百分数为0.5％的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)加入带有搅拌装置的反应釜内，然后加入一定量的去离子水，待其搅拌溶解后，按固液比为50g/L的配比加入上述制得的表面包覆Al(OH)3的纳米SiO2粉体，调节反应液的pH＝6，搅拌反应2h，反应结束后，先用去离子水洗涤，再用无水乙醇脱水，然后在110℃的温度条件下干燥至恒重，即制得经氢氧化铝表面包覆，十二烷基苯磺酸钠表面改性的纳米SiO2粉体。
实施例2
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.03mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.0％(wt％)。
实施例3
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.03mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.5％(wt％)。
实施例4
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.03mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为2.0％(wt％)。
实施例5
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.05mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为0.5％(wt％)。
实施例6
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.05mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.0％(wt％)。
实施例7
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.05mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.5％(wt％)。
实施例8
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.05mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为2.0％(wt％)。
实施例9
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.07mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为0.5％(wt％)。
实施例10
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.07mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.0％(wt％)。
实施例11
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.07mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.5％(wt％)。
实施例12
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.07mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为2.0％(wt％)。
实施例13
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.1mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为0.5％(wt％)。
实施例14
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.1mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.0％(wt％)。
实施例15
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.1mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.5％(wt％)。
实施例16
按照实施例1的工艺方法，Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.1mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为2.0％(wt％)。
实施例17
Al(NO3)3·9H2O的浓度为0.05mol/L，十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的加入量为1.0％(wt％)。

Claims (1)

1.一种纳米SiO2粉体材料表面改性的方法，其特征在于该方法是依次按下列步骤进行的：
第一步，无机包覆：在带有搅拌装置和液流管的反应釜内，加入1L固液比为50g/L的纳米SiO2溶胶，搅拌均匀，再将20ml浓度为0.02～0.1mol/L的Al(NO3)3·9H2O从液流管滴入，用尿素水溶液调节反应液的pH值，使其保持在7.5～8.0之间，在75℃的温度条件下，反应2h，反应结束后，用去离子水洗涤，再用无水乙醇脱水，然后再在110℃的温度下干燥至恒重，即制得表面包覆Al(OH)3的纳米SiO2粉体；
第二步，有机改性：将质量百分数为0.5％～2.0％的十二烷基苯磺酸钠加入带有搅拌装置的反应釜内，加入1L去离子水搅拌溶解均匀后，按固液比为50g/L的配比加入上述制得的表面包覆Al(OH)3的纳米SiO2粉体，调节反应液的pH＝6，搅拌反应2h，反应结束后，先用去离子水洗涤，再用无水乙醇脱水，然后在110℃的温度条件下干燥至恒重，即制得氢氧化铝表面包覆十二烷基苯磺酸钠表面改性的纳米SiO2粉体。
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纳米微粒表面修饰的研究进展. 吴崇浩等.化工新型材料，第30卷第7期. 2002
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