一种水溶性纳米硅溶胶的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种水溶性纳米硅溶胶的制备方法，属于纳米材料制备技术领域。该方法首先利用氟化钙与浓硫酸反应制备HF气体，然后将HF气体导入到分散有纳米SiO2的无水乙醇中得到HF处理后的纳米SiO2，然后将HF处理后的纳米SiO2与硅烷偶联剂反应得到改性后的纳米SiO2，最后将改性后的纳米SiO2进行后处理制得水溶性纳米硅溶胶。本发明专利技术方法制备的水溶性纳米硅溶胶的粒子结构稳定，能够分散在水相中形成稳定的硅溶胶。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于纳米材料制备
。该方法首先利用氟化钙与浓硫酸反应制备HF气体，然后将HF气体导入到分散有纳米SiO2的无水乙醇中得到HF处理后的纳米SiO2，然后将HF处理后的纳米SiO2与硅烷偶联剂反应得到改性后的纳米SiO2，最后将改性后的纳米SiO2进行后处理制得水溶性纳米硅溶胶。本专利技术方法制备的水溶性纳米硅溶胶的粒子结构稳定，能够分散在水相中形成稳定的硅溶胶。【专利说明】
： 本专利技术属于纳米材料制备
，具体涉及一种水溶性纳米硅溶胶的制备方 法。
技术介绍
： 纳米Si02俗称"超微细白炭黑"，是一种极其重要的高科技超微细无机新材料，具 有粒径小、表面吸附力强、表面能大、纯度高、热绝缘性好等优异性能，另外，还具有优越的 稳定性、补强性、增稠性和触变性，因此纳米Si0 2广泛应用于塑料、橡胶、涂料、药物载体、化 妆品及抗菌材料等领域。由于纳米二氧化硅表面存在大量羟基，使其具有一定的亲水性能， 但表面极性强，表面能高，处于热力学非稳定状态，极易发生团聚，在水溶液中会出现沉降 现象，在使用时影响纳米Si0 2所具有的的性能。因此，对纳米Si02必须进行改性处理，使其 能够在水相或油相体系中均匀分散，更好地发挥纳米Si0 2的优异性能。 对纳米Si02进行表面改性是最简单有效的方法，通过在纳米Si02表面连接一些特 殊的基团，使改性后的纳米310 2具有亲水或亲油的特性，以达到良好的分散效果。目前，常 用的化学改性剂有醇、有机硅化合物以及硅烷偶联剂等，另外，关于此方面的研究也取得了 众多成果。《化工新型材料》（2007,35(11))发表的"纳米Si0 2表面改性研究"论文中公布 了一种通过KH-560对纳米Si02表面改性的方法，以乙醇作为分散介质，利用KH-560与纳 米Si0 2表面的羟基反应，在其表面接上环氧基，得到的基团在一定条件下开环生成邻羟基， 从而改善Si02的分散效果。《化工进展》（2009, 9 (28))发表的"硅烷偶联剂KH-570对纳米 Si02的表面改性及其分散稳定性"论文中提出了在无水乙醇与水为3 :1的体系中，用硅烷 偶联剂KH-570对纳米Si02进行表面改性，改性后在有机溶剂中的团聚块体尺寸明显减小， 降低了颗粒团聚程度。 上述方法的反应的机理均为硅烷水解后形成的硅羟基与纳米Si02表面的羟基反 应，且都存在着改性后的纳米Si0 2粒子不稳定，分散后形成的硅溶胶虽然团聚现象明显减 少，但也难以达到理想效果。
技术实现思路
： 本专利技术针对现有硅溶胶制备技术存在的上述问题，提供一种水溶性纳米硅溶胶的 制备方法。 本专利技术所提供的具体步骤如下： ⑴HF气体的制备： 将氟化钙粉置于反应器中，密封状态下抽真空，再将98wt%的浓硫酸加入到反应 器中，搅拌并加热到48?52°C进行反应制得HF气体，反应时间为5?6h，所述氟化钙与 98wt%的浓硫酸的质量比是：1: (L 0?L 2)。 (2) HF气体与纳米Si02反应： 将纳米Si02置于另一反应器中，向该反应器中加入无水乙醇作为分散剂，密闭状 态下抽真空，并通氮气保护；将步骤（1)制得的HF气体通过导管导入到分散有纳米Si〇d3 无水乙醇中，搅拌并加热到67?73°C进行反应，反应时间为5?6h，并且进行尾气回收，所 述纳米3叫与无水乙醇的质量比是：1 :(55?65)，优选1:60,纳米Si02与册气体的质量 比是：1 :(4.5 ?5. 5)。 (3)HF处理后的纳米Si02与与硅烷偶联剂反应： 向步骤（2)反应后的反应物中缓慢加入硅烷偶联剂，继续通氮气保护，并升温至 48?52°C，在搅拌下继续反应7?8h即可得到改性后的纳米Si0 2 ;所述纳米Si02与硅烷 偶联剂的质量比是：1: (30?40)。 (4)改性后的纳米Si02的后处理： 将步骤⑶改性后的纳米Si02进行离心分离，并用正己烷洗涤3?5次，最后在 真空干燥箱中烘干制得目标产品：水溶性纳米硅溶胶。 在HF气体的制备中，氟化钙与浓硫酸的质量比以n(CaF2) :n(浓H2S04) = 1:1. 2为 佳，这样可以保证浓硫酸过量，使氟化钙完全反应。 所述纳米Si02的粒径为15±5nm，含量为99. 5%。 所述尾气回收的回收液为5 %的NaOH溶液。 所述硅烷偶联剂为KH-560或KH-570,其中KH-560末端为环氧基团，KH-570为碳 碳双键。 本专利技术方法具有以下技术特点： (1)本专利技术方法与传统的硅烷偶联剂改性方法不同，是用HF气体对纳米Si02进行 表面处理，使表面连有活性氢，再与硅烷偶联剂末端的双键或环氧基团反应。 (2)本专利技术方法制备的水溶性纳米硅溶胶粒子结构稳定，分散在水相中后能够形 成稳定的娃溶胶。 【专利附图】【附图说明】： 图1为本专利技术经过不同硅烷偶联剂改性纳米Si02的红外光图谱。 图2为未改性纳米Si02的扫描电镜图。 图3为经过KH-560改性的纳米Si02的扫描电镜图。 图4为经过KH-570改性的纳米Si02的扫描电镜图。 【具体实施方式】： 为进一步描述本专利技术，下面结合实施例，对本专利技术一种水溶性纳米硅溶胶及其制 备方法作更详细的描述。 本专利技术，包括HF气体的制备、HF气体处理纳米 Si02、HF气体处理后的纳米Si02与硅烷偶联剂反应、改性后样品的后处理。 实施例1 :各组分的用量如下： 氟化钙 5.087g 浓硫酸 6.65 lg 纳米 Si02 0.513g 无水乙醇 30g KH-560(硅烷偶联剂） 16.丨33g 本实施例水溶性纳米硅溶胶的制备方法具体步骤如下： (1)HF气体的制备：称取5. 087g的氟化钙粉末置于三口烧瓶中，密封状态下抽真 空，再将6. 651g的浓硫酸通过滴液漏斗逐滴加入到三口烧瓶中，磁力搅拌5h，油浴加热到 50°C进行反应。 ⑵HF气体与纳米Si02反应：称取0. 513g纳米5丨02置于另一个三口烧瓶中，再向 瓶中加入30g无水乙醇作为分散剂，密闭状态下抽真空，并通氮气保护。将（1)中产生的HF 气体边产生边通过塑料导管导入到分散有纳米Si02的无水乙醇中，磁力搅拌下反应，油浴 加热到70°C进行反应5h，并且进行尾气回收。 (3)经HF处理后的纳米Si02与有机烯经反应：通过滴液漏斗，向反应后的⑵中 缓慢滴加16. 133g的KH-560,继续通氮气保护，油浴加热至50°C，在磁力搅拌下继续反应 7h。 (4)改性样品的后处理：将改性后的纳米3叫离心分离，并用正己烷洗涤四次，最 后在真空干燥箱中烘干即可制得水溶性纳米硅溶胶。 实施例2 :各组分的用量如下： 氟化钙 5.057g 浓硫酸 6.715g 纳米 Si02 0.527g 无水乙醇 30g KH-570(硅烷偶联剂） 18.403g 本实施例水溶性纳米硅溶胶的制备方法具体步骤如下： (1)HF气体的制备：称取5. 057g的氟化钙粉末置于三口烧瓶中，密封状态下抽真 空，再将6. 715g的浓硫酸通过滴液本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶性纳米硅溶胶的制备方法，其特征在于该制备方法具体步骤如下：(1)HF气体的制备：将氟化钙粉置于反应器中，密封状态下抽真空，再将98wt％的浓硫酸加入到反应器中，搅拌并加热到48～52℃进行反应制得HF气体，反应时间为5～6h，所述氟化钙与98wt％的浓硫酸的质量比是：1:(1.0～1.2)；(2)HF气体与纳米SiO2反应：将纳米SiO2置于另一反应器中，向该反应器中加入无水乙醇作为分散剂，密闭状态下抽真空，并通氮气保护，将步骤(1)制得的HF气体通过导管导入到分散有纳米SiO2的无水乙醇中，搅拌并加热到67～73℃进行反应，反应时间为5～6h，并且进行尾气回收，所述纳米SiO2与所述无水乙醇的质量比是：1：(55～65)，所述纳米SiO2与所述HF气体的质量比是：1：(4.5～5.5)；(3)HF处理后的纳米SiO2与硅烷偶联剂反应：向步骤(2)反应后的反应物中缓慢加入硅烷偶联剂，继续通氮气保护，并升温至48～52℃，在搅拌下继续反应7～8h即可得到改性后的纳米SiO2；所述纳米SiO2与所述硅烷偶联剂的质量比是：1:(30～40)；(4)改性后纳米SiO2的后处理：将步骤(3)改性后的纳米SiO2进行离心分离，并用正己烷洗涤3～5次，最后在真空干燥箱中烘干制得目标产品：水溶性纳米硅溶胶。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，张千峰，王猛，辛志峰，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34