一种新型结构的纳米二氧化硅溶胶体的制作方法

本发明涉及一种新材料，尤其是涉及一种新型结构的纳米二氧化硅溶胶体。

背景技术：

硅溶胶是二氧化硅在水或其他有机溶剂中的分散液，广泛应用于精密铸造、耐火材料、涂料、纺织、精密抛光等领域。国内的硅溶胶生产技术主要有离子交换法和硅粉水解法。

硅粉水解法的生产工艺要主要是在反应釜中加入水，加入碱性催化剂，升温至合适温度后，加入硅粉，使硅粉在碱催化下进行水解，生成硅酸并聚合成二氧化硅粒子，反应持续一定的时间，待硅粉基本反应完全后，将反应混合物降温，最后用板框过滤机过滤，得到的滤液就是硅溶胶。

离子交换法采用离子交换树脂，离子交换是一个平衡反应，反应的过程是：当把含有Na⁺的硅酸溶液通过交换树指时Na⁺取代了阳离子交换树脂上的H⁺。将模数为3.5的硅酸钠溶液用水稀调整至含SiO₂4%，Na₂O1.15%；将液通过填装阳离子交换树脂的闪换柱，于是水玻璃中的Na⁺已被除去，H⁺阳离子与硅离子与硅酸钠中的SiO₃生成具有活性的硅溶胶稀溶液流出。

目前，国产硅溶胶主要存在杂质含量高、二氧化硅的浓度低、酸性或中性条件下稳定性差、使用周期短、有颜色、品种少等缺点。用该法制备的硅溶胶颗粒大小无法控制、形貌无法控制，颗粒间的界面不清晰，故通常只是被大量使用在铸造等行业。而在精密抛光，催化剂等许多要求更高的领域则无大建树。完全无法与国际知名硅溶胶品牌相比。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种新型结构的纳米二氧化硅溶胶体，以改善现有硅溶胶主要存在杂质含量高、二氧化硅的浓度低、酸性或中性条件下稳定性差、使用周期短、有杂色、品种少等缺点。以及解决现有硅溶胶颗粒大小无法控制、形貌无法控制，颗粒间的界面不清晰等技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种新型结构的纳米二氧化硅溶胶体，该胶体包括三层复合的胶囊结构，其中最里层为纳米二氧化钛内核，包裹二氧化钛内核是偏铝酸钠囊壁，包覆偏铝酸钠囊壁的最外层是纳米二氧化硅溶胶构成的囊壁。

作为优选，所述纳米二氧化硅溶胶囊壁上设有多个纳米级微孔。

作为优选，所述纳米二氧化硅构成的囊壁直径为100-150nm。

作为优选，所述偏铝酸钠囊壁直径为50-100nm。

作为优选，所述纳米二氧化硅粒径为20-24nm。

一种制备新型结构的纳米二氧化硅溶胶体的方法，包括以下步骤：1.取纳米二氧化钛微粉倒入偏铝酸钠溶液中，加入纳米二氧化钛微粉重量1%的端基聚异丁烯超分散剂，然后经过搅拌，超声波震荡、离心，洗涤，干燥，即得小粒径二层结构微胶囊；

2.将二层结构微胶囊与离子法纳米二氧化硅溶胶水溶液混合，在20-50℃陈化18-30h，然后加入纳米二氧化钛微粉重量0.7%的羟丙基甲基纤维素，再配合加入纳米二氧化钛微粉重量0.1%的表面活性剂（聚乙二醇），使得分散体仍然保持适中的操作黏度，于反应釜中80-120℃晶化1-6h，再通入氨气调pH值=9，最后经过超声波扩散、离心机离心，得到三层复合的胶囊结构的纳米二氧化硅溶胶体。

本发明具有成本低、耐热性、耐化性和阻隔性好，机械强度高、杂质含量少、二氧化硅的浓度高、酸性或中性条件下稳定性好、色泽单一，使用周期长等特点。它解决了现有硅溶胶颗粒大小无法控制、形貌无法控制，颗粒间的界面不清晰的技术问题。其偏铝酸钠包覆二氧化钛具有独特的骨架结构组成，可以大大提高了纳米二氧化硅溶胶的分散性。胶体固体浓度高达35wt%，非常易于储存，在室温下可以保持稳定至少50天。

附图说明

图1是新型结构的纳米二氧化硅溶胶体的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

图1是新型结构的纳米二氧化硅溶胶体的结构示意图，由图1可知，该材料形状为圆球形，包括三层复合的胶囊结构，其中最里层为纳米二氧化钛内核2，包裹二氧化钛内核2是偏铝酸钠囊壁3，偏铝酸钠囊壁直径为50-100nm。包覆偏铝酸钠囊壁3的最外层是纳米二氧化硅溶胶构成的囊壁1，纳米二氧化硅粒径为20-24nm，囊壁1直径为100-150nm。在纳米二氧化硅溶胶囊壁1上设有多个纳米级微孔5。

取纳米二氧化钛微粉倒入偏铝酸钠溶液中，加入纳米二氧化钛微粉重量1%的端基聚异丁烯超分散剂。该超分散剂具有优异的分散效果，可使分散体系中固体颗粒的体积分数达到65%以上，然后经过搅拌，超声波震荡、离心，洗涤，干燥，即得小粒径二层结构微胶囊，将二层结构微胶囊与离子法纳米二氧化硅溶胶水溶液混合，在20-50℃陈化18-30h，然后加入纳米二氧化钛微粉重量0.7%的羟丙基甲基纤维素，再配合加入纳米二氧化钛微粉重量0.1%的表面活性剂（聚乙二醇），使得分散体仍然保持适中的操作黏度，于反应釜中80-120℃晶化1-6h，再通入氨气调pH值=9，最后经过超声波扩散、离心机离心，得到三层复合的胶囊结构的纳米二氧化硅溶胶体。

本发明特殊的结构可以在胶体脱水后分解，尤其可以在精密抛光，催化剂等领域得到广泛应用。

将本发明与市售普通二氧化硅溶胶进行对比试验，得到以下结果：

表1：本发明与普通二氧化硅溶胶对比指标

通过数据对比不难发现，本发明比现有市售二氧化硅溶胶体检测指标更加突出。

最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。