表面改性二氧化硅及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種表面改性納米二氧化硅，所述納米二氧化硅由以下物質(zhì)組成：硅烷化合物改性二氧化硅、硅氮烷化合物、水，其制備方法為：提供二氧化硅，分散于非水溶劑中，加入硅烷化合物，混合充分反應(yīng)，干燥，得到硅烷化合物改性二氧化硅；硅烷化合物改性二氧化硅，分散于水中，加入硅氮烷化合物，混合充分反應(yīng)，干燥，得到表面改性二氧化硅。本發(fā)明通過硅烷化合物、硅氮烷化合物先后改性二氧化硅，大大降低了二氧化硅表面的羥基數(shù)量。
【專利說明】表面改性二氧化硅及其制備方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及表面改性二氧化硅及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]二氧化硅在許多領(lǐng)域中具有廣泛用途，包括填充、增量、增稠和增強各種有機材料，例如塑料、樹脂、橡膠、油等。粒徑在1-1OOnm的納米二氧化娃,它具有納米材料的共同特點，即小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子效應(yīng)等，在催化、吸附、分離、生物傳感、納米分子器件和其它功能材料等諸多方面顯示了極大的應(yīng)用前景。
[0004]但是在實際應(yīng)用中，納米二氧化硅表面存在大量活性硅羥基，使得納米二氧化硅表面呈現(xiàn)疏油的特性，同時還易于團聚，在介質(zhì)中難以浸潤和分散，直接填充到有機材料中，很難發(fā)揮其作用，這限制了納米二氧化硅在工業(yè)上的應(yīng)用。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了獲得性能更優(yōu)越的納米二氧化硅，本發(fā)明提供了一種新的表面改性二氧化硅及其制備方法。
[0007]表面改性二氧化硅，由硅烷化合物改性二氧化硅在水溶液中經(jīng)硅氮烷化合物進一步改性制得。
[0008]表面改性二氧化硅，由以下材料制備而成:
硅烷化合物改性二氧化硅 硅氮烷化合物 水
表面改性二氧化硅，由以下材料制備而成:
二氧化硅 硅烷化合物 非水溶劑 硅氮烷化合物 水
表面改性二氧化硅的制備方法，包括以下步驟:
S10.提供二氧化硅，分散于非水溶劑中，加入硅烷化合物，混合充分反應(yīng)，干燥，得到硅烷化合物改性二氧化硅；
S20.硅烷化合物改性二氧化硅，分散于水中，加入硅氮烷化合物，混合充分反應(yīng)，干燥，得到表面改性二氧化硅。
[0009]由于硅烷化合物水解后易發(fā)生聚合，使得硅烷化合物不能充分地與二氧化硅表面的羥基發(fā)生反應(yīng)，本發(fā)明通過硅烷化合物、硅氮烷化合物先后改性二氧化硅，大大降低了二氧化硅表面的羥基數(shù)量。同時，以水作為溶劑，二氧化硅的羥基數(shù)量增多，使得硅氮烷化合物改性更加有效。
[0010]
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明涉及表面改性二氧化硅，由硅烷化合物改性二氧化硅在水溶液中經(jīng)硅氮烷化合物進一步改性制得。
[0012]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，本發(fā)明所述的二氧化硅具有大約2至大約150納米、例如大約3至大約60、例如大約5至大約40、或大約5至大約25納米、例如大約6至大約18納米的平均粒徑。
[0013]二氧化硅粒子可具有窄的粒度分布，即低的粒度相對標準偏差。粒度分布的相對標準偏差是按數(shù)計的粒度分布與平均粒度的標準偏差比。粒度分布的相對標準偏差可低于大約60% (按數(shù)計)，特別低于約30% (按數(shù)計)，更特別低于大約15數(shù)量％ (按數(shù)計)。
[0014]膠體二氧化硅粒子在本文中也稱作硅溶膠，可以由例如具有充足純度的沉淀二氧化硅、微硅粉(硅微粉)、熱解二氧化硅(火成二氧化硅)或硅膠、氣相二氧化硅及其混合物生成。
[0015]作為一種優(yōu)選的技術(shù)方案，硅烷化合物可選自小分子有機硅烷或者小分子娃氧 燒。
[0016]所述小分子有機硅烷或小分子硅氧烷的分子式為HR1bSiRVb或RaR\SiR24_a_b， a和b為0-4中的一個整數(shù)，且(a+b) ( 4 ；
并且，所述R、R1和R2可選自Cl、Br、甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、C5-C18的烷基和烯基、環(huán)戊基、環(huán)己基、苯基、乙烯基、烯丙基、2-烯丁基、3-烯丁基、2-甲基烯丙基、丙烯酰氧甲基、甲基丙烯酰氧甲基、丙烯酰氧乙基、甲基丙烯酰氧乙基、丙烯酰氧丙基、甲基丙烯酰氧丙基、乙酰氧丙基、乙酰氧乙基、乙酰氧甲基、氨甲基、氨乙基、
Y_氛丙基、齒經(jīng)基、疏烷基、N- ( β -氛乙基)-Y _氛丙基、Y -2, 3_環(huán)氧丙氧丙基、β _輕乙基、Y -輕丙基、4-輕丁基、5-輕戍基、N-苯基-氨甲基、N-苯基-β -氨乙基、N-苯基-Y -氨丙基、(N-全氟辛基磺?；?-氨丙基、含氟烷基、異氰酸烴基、氰烴基、烷氧基、酰氧基、酮肟基酰氧基和酰氨基中的任意一種或多種，但不限于此。
[0017]其中，鹵烴基的分子式為XR-，R為C1-C18烷基，X為氯、溴，
巰烷基的分子式為HSR-，R為C1-C18烷基，
含氟烷基的分子式為CxH2x+1_yFy，X = 1-18，O < y < 2x+2, x、y均為自然數(shù)，
異氰酸烴基的分子式為0CNR-，R為C1-C18烷基，
氰烴基的分子式為CNR-，R為C1-C18烷基，
烷氧基的分子式為-OR，R為Cl-ClO的烷基，
酰氧基的分子式為-0-C0R，R為Cl-ClO的烷基，
酮肟基酰氧基的分子式為-ON = CR’ R”，R’和R”為相同或不同的Cl-ClO烷基，
酰氨基的分子式為-NH-C0R，R為Cl-ClO的烷基。
[0018]本發(fā)明所述的水溶液是指含有質(zhì)量％為5%_100%的溶液，水溶液中可以含有溶于水或微溶于水或不溶于水的液體，不作限制。
[0019]硅氮烷化合物，選自六甲基二硅氮烷、六甲基環(huán)三硅氮烷、八甲基環(huán)四硅氮烷的一種或一種以上。典型的硅氮烷化合物的反應(yīng)如下:
【權(quán)利要求】
1.一種表面改性納米二氧化硅，其特征在于，所述納米二氧化硅由以下物質(zhì)組成: 硅烷化合物改性二氧化硅 硅氮烷化合物 水。
2.一種表面改性納米二氧化硅，其特征在于，所述納米二氧化硅由以下物質(zhì)組成: 二氧化硅 硅烷化合物 非水溶劑 硅氮烷化合物 水。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述的一種表面改性納米二氧化硅，其特征在于，所述的二氧化硅具有2至大約150納米的平均粒徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述的一種表面改性納米二氧化硅，其特征在于，所述的硅烷化合物可選自小分子有機硅烷或者小分子硅氧烷； 所述小分子有機硅烷或小分子硅氧烷的分子式為HR1bSiR23-b或RaR1bSiR24-a-b，其中a和b為0-4中的一個整數(shù)，且(a+b)≤4 ； 所述R、Rl和R2可選自Cl、Br、甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、C5-C18的烷基和烯基、環(huán)戊基、環(huán)己基、苯基、乙烯基、烯丙基、2-烯丁基、3-烯丁基、2-甲基烯丙基、丙烯酰氧甲基、甲基丙烯酰氧甲基、丙烯酰氧乙基、甲基丙烯酰氧乙基、丙烯酰氧丙基、甲基丙烯酰氧丙基、乙酰氧丙基、乙酰氧乙基、乙酰氧甲基、氨甲基、氨乙基、Y-氨丙基、齒經(jīng)基、疏烷基、N-( β _氣乙基)-Y _氣丙基、Y _2，3-環(huán)氧丙氧丙基、輕乙基、Y-輕丙基、4-輕丁基、5-輕戍基、N-苯基-氨甲基、N-苯基-β -氨乙基、N-苯基-Y -氨丙基、(N-全氟辛基磺?；?-氨丙基、含氟烷基、異氰酸烴基、氰烴基、烷氧基、酰氧基、酮肟基酰氧基和酰氨基中的任意一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項權(quán)利要求所述的一種表面改性納米二氧化硅，其特征在于，所述硅氮烷化合物，選自六甲基二硅氮烷、六甲基環(huán)三硅氮烷、八甲基環(huán)四硅氮烷的一種或幾種。
6.一種表面改性納米二氧化硅，其特征在于，所述納米二氧化硅制備方法如下: S10.提供二氧化硅，分散于非水溶劑中，加入硅烷化合物，混合充分反應(yīng)，干燥，得到硅烷化合物改性二氧化硅； S20.硅烷化合物改性二氧化硅，分散于水中，加入硅氮烷化合物，混合充分反應(yīng)，干燥，得到表面改性二氧化硅。
【文檔編號】C09C1/28GK103897435SQ201410122183
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月30日
【發(fā)明者】任天斌, 肖國權(quán), 韓宇 申請人:蘇州奈微納米科技有限公司