專(zhuān)利名稱(chēng)：陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米二氧化硅及其制備方法，具體涉及一種陽(yáng)離子型的納米二氧化硅粉體及其制備工藝。
背景技術(shù)：
納米二氧化硅以其優(yōu)良的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、光學(xué)及機(jī)械性性能，廣泛應(yīng)用于陶瓷、橡膠、塑料、涂料及催化劑載體等領(lǐng)域，在日用化工和生物醫(yī)藥等方面也有所應(yīng)用。納米二氧化硅的制備方法很多，目前工業(yè)上生產(chǎn)納米二氧化硅的方法主要有干法(火焰熱解法)和濕法兩種。干法是以有機(jī)鹵硅烷(主要為四氯化硅)為原料，使一定氫氣和氧氣以一定比例通過(guò)四氯化硅，在高溫下氫氣和氧氣通過(guò)燃燒反應(yīng)生成的水蒸氣使四氯化硅在氣相中水解生成煙霧狀二氧化硅(又稱(chēng)氣相二氧化硅)；濕法主要有溶膠-凝膠法和液相沉淀法，溶膠-凝膠法以硅酸乙酯為硅源，在醇介質(zhì)中加酸或堿，控制適當(dāng)PH值使硅酸乙酯水解而制備納米二氧化硅。溶膠-凝膠法和火焰熱解法都是以有機(jī)硅為硅源，原料昂貴，生產(chǎn)成本高。為降低成本，一些專(zhuān)利以水玻璃為硅源，在無(wú)有機(jī)溶劑存在的體系中，制備了納米二氧化硅，如發(fā)明專(zhuān)利CN1524785A報(bào)道了一種以堿金屬的硅酸鹽與能夠水解生成氫離子的無(wú)機(jī)鹽(如氯化銨、)為原料，在表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉和聚丙烯酰胺分散下合成了納米二氧化硅。在所有制備納米二氧化硅的專(zhuān)利和文獻(xiàn)資料中，絕大多數(shù)為陰離子型(表面帶負(fù)電)的納米二氧化硅，為陽(yáng)離子型的納米二氧化硅很少，這些少數(shù)的陽(yáng)離子型納米二氧化硅也僅僅是水分散狀態(tài)的產(chǎn)品。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN100485118C陽(yáng)離子二氧化硅分散體作為織物整理劑的用途提供了一種用做織物整理劑的水分散體，該分散體包含用熱解法制備的聚集的二氧化硅粉末和可溶于該分散體的陽(yáng)離子聚合物；中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN101914313A陽(yáng)離子水性納米二氧化硅 及其制備方法和用途提供了一種用于高光防水涂層漿料的陽(yáng)離子納米二氧化硅水性分散體，制備時(shí)是將納米二氧化硅微粉加入含有水、十八烷基二甲基芐基氯化銨和濃鹽酸的反應(yīng)器中，攪拌得到低粘度半透明溶液后，再加入氨基硅烷偶聯(lián)劑而制備得到目標(biāo)產(chǎn)物。中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利CN101942230A一種陽(yáng)離子化二氧化硅分散體的制備方法提供了一種能應(yīng)用在噴墨打印記錄的吸墨層中的陽(yáng)離子化二氧化硅分散體的制備方法，制備時(shí)是先把初級(jí)粒徑為I lOOnm、二次粒徑為100 500nm的二氧化硅分散于含三價(jià)鋁化合物的溶液中形成預(yù)分散體，然后采用至少一種氨基有機(jī)硅烷加入分散體中對(duì)二氧化硅進(jìn)行表面改性而得到。這些陽(yáng)離子型的二氧化硅水分散體都是以直接以熱解法制備的聚集的二氧化硅微粉或納米二氧化硅為原料制備而得。由于水分散體中二氧化硅顆粒容易發(fā)生聚沉，使其儲(chǔ)存穩(wěn)定性受到很大影響，另外，水劑型的產(chǎn)品給其包裝、運(yùn)輸都帶來(lái)很大不便，生產(chǎn)成本增加
發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體及其制備方法，該方法是以硅酸鈉與銨鹽為主要原料，先使硅酸鈉與銨鹽在烷基雙季銨鹽的乙醇水溶液中進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)至無(wú)氨氣放出后，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中繼續(xù)反應(yīng)一段時(shí)間，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、干燥等工序，即可得到陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體。在乙醇水溶液和水熱條件下反應(yīng)制備得到的二氧化硅粉體分散性好，粒徑分布窄，粒徑小。烷基雙季銨鹽比烷基單季銨鹽具有更高的正電荷密度，能使二氧化硅粉體帶上更多的正電荷，因而更有利于在水中分散。本發(fā)明的具體制備工藝是:將銨鹽和烷基雙季銨鹽加入乙醇水溶液中，攪拌溶解，加入硅酸鈉，常溫下反應(yīng)至無(wú)氨氣放出，在100°c 150°C下繼續(xù)反應(yīng)I 2小時(shí)，經(jīng)過(guò)濾、乙醇水溶液洗滌、干燥等工序，即可得到陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體。所述的硅酸鈉與銨鹽的重量比為0.1 1.0 ;所述的烷基雙季銨鹽 加入量為硅酸鈉重量的10 40%，硅酸鈉以無(wú)水Na2SiO3計(jì)；所述的乙醇水溶液中乙醇與水的體積比為1:1 1: 9。以上特別優(yōu)選的具體步驟如下:將銨鹽和烷基雙季銨鹽加入乙醇水溶液中，攪拌溶解，加入硅酸鈉，常溫下反應(yīng)至無(wú)氨氣放出，在100°C 150°C下繼續(xù)反應(yīng)I 2小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物；所述的硅酸鈉與銨鹽的物質(zhì)的量之比為0.5 0.8 ;所述的烷基雙季銨鹽加入量為硅酸鈉重量的10 40%，硅酸鈉以無(wú)水Na2SiO3計(jì)；所述的乙醇水溶液中乙醇與水的體積比為1:1 1: 5。以上的方法所制備的納米二氧化硅粉體平均粒徑為80 lOOnm，比表面積為395 460m2/g,形貌為球型，Zeta電位為+43 +48mV。所述的硅酸鈉為固體的Na2Si03(分子量122)、Na2Si03*5H20(分子量212)或Na2SiO3.9H20(分子量 284)中的一種；所述的銨鹽為氯化銨[NH4Cl，分子量53.5、硫酸銨(NH4)2SO4,分子量132或硝酸銨ΝΗ4Ν03，分子量80的一種；所述的為烷基雙季銨鹽(又稱(chēng)Gemini季銨鹽)，是由兩個(gè)雙親分子的離子頭基經(jīng)
聯(lián)結(jié)基團(tuán)通過(guò)化學(xué)鍵連接而成，結(jié)構(gòu)通式為:
權(quán)利要求
1.一種陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體的制備方法，其特征在于:由硅酸鈉與銨鹽在烷基雙季銨鹽的乙醇水溶液中反應(yīng)而得，具體包括如下步驟:將銨鹽和烷基雙季銨鹽加入乙醇水溶液中，攪拌溶解，加入硅酸鈉，常溫下反應(yīng)至無(wú)氨氣放出，在100°c 150°C下繼續(xù)反應(yīng)I 2小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物； 所述的硅酸鈉與銨鹽的重量比為0.1 1.0 ; 所述的烷基雙季銨鹽加入量為硅酸鈉重量的10 40%，硅酸鈉以無(wú)水Na2SiO3計(jì)； 所述的乙醇水溶液中乙醇與水的體積比為1:1 1: 9。
2.如權(quán)利要求1所述的陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體的制備方法，其特征在于:由硅酸鈉與銨鹽在烷基雙季銨鹽的乙醇水溶液中反應(yīng)而得，具體包括如下步驟:將銨鹽和烷基雙季銨鹽加入乙醇水溶液中，攪拌溶解，加入硅酸鈉，常溫下反應(yīng)至無(wú)氨氣放出，在100°C 150°C下繼續(xù)反應(yīng)I 2小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物； 所述的硅酸鈉與銨鹽的物質(zhì)的量之比為0.5 0.8 ; 所述的烷基雙季銨鹽加入量為硅酸鈉重量的10 40%，硅酸鈉以無(wú)水Na2SiO3計(jì)； 所述的乙醇水溶液中乙醇與水的體積比為1:1 1: 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體的制備方法，其特征在于:所制得的陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體平均粒徑為82nm，比表面積為455m2/g，形貌為球型，Zeta電位為+48mV。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體的制備方法，其特征在于:所述的硅酸鈉為固體Na2Si03、Na2SiO3.5H20或Na2SiO3.9H20中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體的制備方法，其特征在于:所述的銨鹽為氯化銨、硫酸銨或硝酸銨中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體的制備方法，其特征在于:所述的烷基雙季銨鹽，是由兩個(gè)雙親分子的離子頭基經(jīng)聯(lián)結(jié)基團(tuán)通過(guò)化學(xué)鍵連接而成，結(jié)構(gòu)通式為:
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項(xiàng)所述的陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體的制備方法，其特征在于:所述的烷基雙季銨鹽為二氯化-N，K - 二(十烷基二甲基)乙二銨，結(jié)構(gòu)式如下:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種陽(yáng)離子型納米二氧化硅粉體的制備方法，其特征在于由硅酸鈉與銨鹽在烷基雙季銨鹽的乙醇水溶液中反應(yīng)而得，具體包括如下步驟將銨鹽和烷基雙季銨鹽加入乙醇水溶液中，攪拌溶解，加入硅酸鈉，常溫下反應(yīng)至無(wú)氨氣放出，在100℃～150℃下繼續(xù)反應(yīng)1～2小時(shí)，得到目標(biāo)產(chǎn)物，本發(fā)明所制備陽(yáng)離子型二氧化硅產(chǎn)品為粉末狀，在水中可重新分散為平均粒徑80～100nm的納米分散懸浮液；包裝及運(yùn)輸方便，儲(chǔ)存穩(wěn)定性好，可克服現(xiàn)有陽(yáng)離子型二氧化硅水分散體產(chǎn)品儲(chǔ)存期短，運(yùn)輸成本高的缺點(diǎn)。
文檔編號(hào)C01B33/18GK103112864SQ20131008802
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者龔福忠, 阮恒, 曹欣欣, 周彬, 趙榕 申請(qǐng)人:廣西大學(xué), 廣西壯族自治區(qū)化工研究院, 廣西新晶科技有限公司