[发明专利]阳离子型纳米二氧化硅粉体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米二氧化硅及其制备方法，具体涉及一种阳离子型的纳米二氧化硅粉体及其制备工艺。

背景技术

纳米二氧化硅以其优良的稳定性、补强性、光学及机械性性能，广泛应用于陶瓷、橡胶、塑料、涂料及催化剂载体等领域，在日用化工和生物医药等方面也有所应用。

纳米二氧化硅的制备方法很多，目前工业上生产纳米二氧化硅的方法主要有干法(火焰热解法)和湿法两种。干法是以有机卤硅烷(主要为四氯化硅)为原料，使一定氢气和氧气以一定比例通过四氯化硅，在高温下氢气和氧气通过燃烧反应生成的水蒸气使四氯化硅在气相中水解生成烟雾状二氧化硅(又称气相二氧化硅)；湿法主要有溶胶-凝胶法和液相沉淀法，溶胶-凝胶法以硅酸乙酯为硅源，在醇介质中加酸或碱，控制适当pH值使硅酸乙酯水解而制备纳米二氧化硅。溶胶-凝胶法和火焰热解法都是以有机硅为硅源，原料昂贵，生产成本高。为降低成本，一些专利以水玻璃为硅源，在无有机溶剂存在的体系中，制备了纳米二氧化硅，如发明专利CN1524785A报道了一种以碱金属的硅酸盐与能够水解生成氢离子的无机盐(如氯化铵、)为原料，在表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和聚丙烯酰胺分散下合成了纳米二氧化硅。

在所有制备纳米二氧化硅的专利和文献资料中，绝大多数为阴离子型(表面带负电)的纳米二氧化硅，为阳离子型的纳米二氧化硅很少，这些少数的阳离子型纳米二氧化硅也仅仅是水分散状态的产品。中国发明专利CN100485118C【阳离子二氧化硅分散体作为织物整理剂的用途】提供了一种用做织物整理剂的水分散体，该分散体包含用热解法制备的聚集的二氧化硅粉末和可溶于该分散体的阳离子聚合物；中国发明专利CN101914313A【阳离子水性纳米二氧化硅及其制备方法和用途】提供了一种用于高光防水涂层浆料的阳离子纳米二氧化硅水性分散体，制备时是将纳米二氧化硅微粉加入含有水、十八烷基二甲基苄基氯化铵和浓盐酸的反应器中，搅拌得到低粘度半透明溶液后，再加入氨基硅烷偶联剂而制备得到目标产物。中国发明专利CN101942230A【一种阳离子化二氧化硅分散体的制备方法】提供了一种能应用在喷墨打印记录的吸墨层中的阳离子化二氧化硅分散体的制备方法，制备时是先把初级粒径为1～100nm、二次粒径为100～500nm的二氧化硅分散于含三价铝化合物的溶液中形成预分散体，然后采用至少一种氨基有机硅烷加入分散体中对二氧化硅进行表面改性而得到。

这些阳离子型的二氧化硅水分散体都是以直接以热解法制备的聚集的二氧化硅微粉或纳米二氧化硅为原料制备而得。由于水分散体中二氧化硅颗粒容易发生聚沉，使其储存稳定性受到很大影响，另外，水剂型的产品给其包装、运输都带来很大不便，生产成本增加。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种阳离子型纳米二氧化硅粉体及其制备方法，该方法是以硅酸钠与铵盐为主要原料，先使硅酸钠与铵盐在烷基双季铵盐的乙醇水溶液中进行反应，待反应至无氨气放出后，将反应体系转移到水热反应釜中继续反应一段时间，经过滤、洗涤、干燥等工序，即可得到阳离子型纳米二氧化硅粉体。在乙醇水溶液和水热条件下反应制备得到的二氧化硅粉体分散性好，粒径分布窄，粒径小。烷基双季铵盐比烷基单季铵盐具有更高的正电荷密度，能使二氧化硅粉体带上更多的正电荷，因而更有利于在水中分散。

本发明的具体制备工艺是：

将铵盐和烷基双季铵盐加入乙醇水溶液中，搅拌溶解，加入硅酸钠，常温下反应至无氨气放出，在100℃～150℃下继续反应1～2小时，经过滤、乙醇水溶液洗涤、干燥等工序，即可得到阳离子型纳米二氧化硅粉体。

所述的硅酸钠与铵盐的重量比为0.1～1.0；

所述的烷基双季铵盐加入量为硅酸钠重量的10～40％，硅酸钠以无水Na₂SiO₃计；

所述的乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1∶1～1∶9。

以上特别优选的具体步骤如下：将铵盐和烷基双季铵盐加入乙醇水溶液中，搅拌溶解，加入硅酸钠，常温下反应至无氨气放出，在100℃～150℃下继续反应1～2小时，得到目标产物；

所述的硅酸钠与铵盐的物质的量之比为0.5～0.8；

所述的烷基双季铵盐加入量为硅酸钠重量的10～40％，硅酸钠以无水Na₂SiO₃计；

所述的乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1∶1～1∶5。