的表面改性方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种纳米Si02的表面改性技术，具体地说，涉及一种纳米S1 2的表面改性方法。
【背景技术】
[0002]S i 02是一种无味、无毒、无污染的非金属功能材料。纳米级的S i 02由于其特殊的粒径大小，具有粒径小、比表面积大的特点，可呈现出表面效应、小尺寸效应、量子隧道效应、宏观量子隧道效应和特殊光电性等，常被用作高效绝热材料、催化剂载体、气体过滤材料和高档涂料的填料等，在橡胶、塑料、涂料、油漆化妆品、医药和造纸等领域具有广泛的应用，在材料科学研究领域中引起了广泛的关注，成为材料科学研究的热点之一。
[0003]由于纳米颗粒比表面积大，原子为高度活化状态，处于热力学非稳态，很容易团聚在一起，形成尺寸较大的团聚体，因此如何制备分散、粒径分布均匀的纳米粒子，并使其与聚合物更好地相容是应用领域的一个焦点问题，迄今为止，虽然有很多的纳米二氧化硅表面改性工艺，但是都存在各自的弊端。如:硅烷偶联剂改性的方法虽然简单易行，但由于硅烷偶联剂的价格昂贵，不宜大规模生产；用聚合物进行接枝聚合改性的方法，由于存在均聚反应，接枝率较低，对材料的力学性能产生一定的影响；酯化反应法的缺点是酯基容易发生水解，并且其热稳定性较差。
【发明内容】
[0004]本发明克服了现有技术中的缺点，提供了一种纳米Si02的表面改性方法，其改性成本低，力学性能好，热稳定好，易于大规模生产。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]—种纳米Si02的表面改性方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0007](1)将纳米Si02置于表面皿上，在100_130°C下的烘箱中干燥2_6小时；
[0008](2)将干燥好的纳米Si02加入烧瓶中，再加入有机溶剂，摇匀并超声波分散20-50min，使纳米Si02*散均匀；
[0009](3)再加入三烯丙基异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，通入惰性气体保护，搅拌，在50-90°C下反应0.5-5h，停止加热，将反应液冷却至室温；
[0010](4)离心分离反应体系，沉淀物用丙酮洗涤，抽滤，80°C下烘干8h，得到分散好的纳米Si02产物。
[0011]步骤(2)中所述的有机溶剂为无水苯、甲苯、二甲苯中的一种。
[0012]步骤(3)中所述的惰性气体为氮气。
[0013]所述纳米Si02在反应前应先经过微波分散处理。
[0014]所述纳米Si02和三烯丙基异氰酸酯的重量配比为1:0.5-3。
[0015]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0016]本发明所述一种纳米3102的表面改性方法，通过改性反应，减少了纳米二氧化硅表面上亲水性的羟基(-0H)数目，一定程度上提高了纳米二氧化硅的亲油性和疏水性。通过傅立叶红外光谱对改性后的纳米二氧化硅的表面化学结构和在溶液中的分散情况进行了表征，结果表明:改性后的纳米二氧化硅在有机相中能够很好的均匀分散，且其疏水性强，达到了预期的目的。
【附图说明】
[0017]附图用来提供对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制，在附图中:
[0018]图1是纳米Si0d9三维网状分子结构。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0020]Si02表面存在不饱和的残键和不同键和状态的羟基，如图1所示。
[0021]由于Si02表面存在羟基，亲水性强，相邻羟基彼此以氢键结合，孤立羟基的氢原子正电性强，易与负电性原子吸附，与含羟基化合物发生脱水缩合反应。表面羟基的存在使表面具有化学吸附活性，遇水分子时形成氢键吸附，且粒径小，比表面能大，容易团聚，导致其在与聚合物基体配合时相容性差，易团聚。因此，解决纳米Si02在高分子基体中分散的关键问题在于其表面羟基(-0H)的处理。
[0022]本发明利用异氰酸酯基团(-NC0)与纳米二氧化硅表面的羟基(-0H)发生反应，对纳米二氧化硅表面进行改性，改性后的3102表面带有丙烯酸酯基团，既可以将纳米S1 2粒子隔开，防止其团聚，得到稳定的改性纳米；同时，该体系还可以进一步的进行聚合反应，制备S1jfi米复合材料。虽然国内也有用异氰酸酯改性纳米Si02的报道，一般以甲苯二异氰酸酯为改性物质，先利用其中一个异氰酸酯基团(-NC0)跟纳米Si02的羟基(-0H)进行接枝反应，然后利用另一个一NC0连接上各种需要的基团，此方法需要两步反应，工艺过程较为繁琐，且接枝效率受工艺影响较大，影响了其应用。与现有技术相比，本发明采用的是三烯丙基异氰酸酯，与一般接枝聚合物改性法相比，最突出的优势在于不需要预处理过程，一步就能直接连上具有扩链聚合能力的丙烯酸酯基团，工艺简单，且接枝改性效果良好。
[0023]实施例1
[0024]将纳米Si02置于干净的表面皿上，在130°C下的烘箱中干燥3小时，将干燥好的纳米Si02 (单个粒子的平均粒径为50nm，主要分布在40_70nm之间，粒子间有团聚)加入三口烧瓶中，再加入无水甲苯，摇勾并超声波分散30min，使纳米Si02在甲苯中均勾分散。然后往体系中加入三烯丙基异氰酸酯和作为催化剂的二月桂酸二丁基锡，通入氮气保护，搅拌，在50°C下反应4h，停止加热，将反应液冷却至室温，然后对反应液进行离心操作，沉淀物用丙酮洗涤，抽滤，80°C下烘干8h，得到分散好的纳米Si02产物，其平均粒径为65nm(主要分布在50-80nm之间)。
[0025]实施例2
[0026]将纳米Si02置于干净的表面皿上，在130°C下的烘箱中干燥3小时，将干燥好的纳米Si02 (单个粒子的平均粒径为50nm，主要分布在40_70nm之间，粒子间有团聚)加入三口烧瓶中，再加入无水二甲苯，摇匀并超声波分散30min，使纳米Si02在二甲苯中均匀分散。然后往体系中加入三烯丙基异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，通入氮气保护，搅拌，在65°C下反应2h，停止加热，将反应液冷却至室温，然后对反应液进行离心操作，沉淀物用丙酮洗涤，抽滤，80°C下烘干8h，得到分散好的纳米Si02产物，其平均粒径为70nm(主要分布在50_80nm之间)。
[0027]实施例3
[0028]将纳米Si02置于干净的表面皿上，在140°C下的烘箱中干燥2小时，将干燥好的纳米Si02 (单个粒子的平均粒径为50nm，主要分布在40_70nm之间，粒子间有团聚单个粒子的平均粒径为60nm，主要分布在50-80nm之间，粒子间有团聚)加入三口烧瓶中，再加入苯，摇匀并超声波分散30min，使纳米Si02在苯中均匀分散。然后往体系中加入三烯丙基异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，通入氮气保护，搅拌，在80°C下反应lh，停止加热，将反应液冷却至室温，然后对反应液进行离心操作，沉淀物用丙酮洗涤，抽滤，80°C下烘干8h，得到分散好的纳米Si02产物，其平均粒径为60nm(主要分布在50_80nm之间)。
[0029]最后应说明的是:以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种纳米3;[02的表面改性方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将纳米Si02置于表面皿上，在100-130°C下的烘箱中干燥2-6小时； (2)将干燥好的纳米Si02加入烧瓶中，再加入有机溶剂，摇匀并超声波分散20-50min，使纳米Si02*散均匀； (3)再加入三烯丙基异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，通入惰性气体保护，搅拌，在50-90°C下反应0.5-5h，停止加热，将反应液冷却至室温； (4)离心分离反应体系，沉淀物用丙酮洗涤，抽滤，80°C下烘干8h，得到分散好的纳米Si02产物。2.根据权利要求1所述的一种纳米S1^表面改性方法，其特征在于，步骤⑵中所述的有机溶剂为无水苯、甲苯、二甲苯中的一种。3.根据权利要求1所述的一种纳米S1^表面改性方法，其特征在于，步骤⑶中所述的惰性气体为氮气。4.根据权利要求1所述的一种纳米S12的表面改性方法，其特征在于，所述纳米S1 2在反应前应先经过微波分散处理。5.根据权利要求1所述的一种纳米Si02的表面改性方法，其特征在于，所述纳米Si02和三烯丙基异氰酸酯的重量配比为1:0.5-3。
【专利摘要】本发明所述一种纳米SiO2的表面改性方法，包括如下步骤：将纳米SiO2置于表面皿上，在100-130℃下的烘箱中干燥2-6小时；将干燥好的纳米SiO2加入烧瓶中，再加入有机溶剂，摇匀并超声波分散20-50min，使纳米SiO2分散均匀；再加入三烯丙基异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，通入惰性气体保护，搅拌，在50-90℃下反应0.5-5h，停止加热，将反应液冷却至室温；离心分离反应体系，沉淀物用丙酮洗涤，抽滤，80℃下烘干8h，得到分散好的纳米SiO2产物。本发明减少了纳米二氧化硅表面上亲水性的羟基(-OH)数目，提高了纳米二氧化硅的亲油性和疏水性。而且改性后的纳米二氧化硅在有机相中能够很好的均匀分散，且其疏水性强。
【IPC分类】C09C3/04, C09C1/28, C09C3/08
【公开号】CN105255220
【申请号】CN201510680600
【发明人】陈东初, 叶秀芳
【申请人】佛山科学技术学院
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年10月19日