[发明专利]高膨胀纳米二氧化硅复合微球制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米二氧化硅加工处理领域，尤其涉及一种纳米二氧化硅复合微球制备方法。

背景技术

    纳米复合微球为两种不同粒径的颗粒经过表面包覆或复合后形成的颗粒，如图1所示，母粒子1为微米或亚微米级，而包覆的子粒子2为纳米级颗粒，最终包覆成为复合粒子3；这种处理方式避免了单一纳米粒子的团聚问题，具有复合协同多功能效应，并能使一种微粒表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能，并且包覆后由于表面积增加，还能提高化学反应的速率或催化剂的性能。

比如当需要封堵地下渗水时就会需要用到膨胀堵塞颗粒和增粘剂，地下水层的成分复杂，具有一定的盐度和矿化度，所以无法使用单一性的有机物或无机物封堵介质进行封堵，需要将两者结合；现有技术中通常是使用黏土和有机物以武力方式复合而成，这种封堵剂虽然保持了良好的膨胀性，但是颗粒较大，一般在毫米级，对于更加细微的裂缝根本无法封堵，而且因为两者为普通物理方式复合，结构相对不稳定，随着时间的推移可能会再次渗漏，在矿化度较高的地下水区域，封堵能力会明显下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高膨胀纳米二氧化硅复合微球制备方法，该方法得到的微球，具有很好的结构稳定性，即使当溶液温度接近沸点时，微球也不会分裂，反而会提高膨胀性能，并具有很好的耐盐性，适应范围广泛，具有可靠的封堵能力。

本发明是这样实现的：一种高膨胀纳米二氧化硅复合微球制备方法，包括以下步骤：

S1：用表面修饰剂对SiO₂纳米粒子进行表面接枝改性；

S2：将改性后的SiO₂纳米粒子投入到有机溶剂内，并同时加入分散剂、单体丙烯酰胺、丙烯酸、交联剂、引发剂，用超声分散均匀；

S3：对分散后的溶液通氮气鼓泡除氧；

S4：除氧后在55℃～70℃条件下进行聚合反应2h～8h，在聚合反应的同时匀速搅拌；

S5：聚合反应后用离心分离，并用乙醇反复洗涤得到复合微球。

所述步骤S2中，SiO₂纳米粒子、分散剂、单体丙烯酰胺、丙烯酸、交联剂、引发剂的质量比为1:4:10:11:2:0.1。

所述步骤S1中，所述表面修饰剂为3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷。

所述步骤S2中，所述的有机溶剂为乙酸乙酯和乙醇的混合溶剂，乙酸乙酯：乙醇=1:3～3:1。

所述步骤S2中，所述的分散剂为聚乙烯吡咯烷酮PVP。

所述步骤S2中，所述的交联剂为N,N’-亚甲基双丙烯酰胺NMBA。

所述步骤S2中，所述的引发剂为偶氮二异丁腈AIBN。

所述步骤S3中，通氮气鼓泡除氧时间为10min～30min。

本发明高膨胀纳米二氧化硅复合微球制备方法得到的微球中，纳米二氧化硅粒子与聚合物与化学键结合，因而具有很好的结构稳定性，即使当溶液温度接近沸点时，微球也不会分裂，反而会提高膨胀性能；微球初值尺寸不足1μm，可以应用在微小缝隙的封堵中，最终膨胀能力可达10倍以上，并具有很好的耐盐性，适应范围广泛，具有可靠的封堵能力。

附图说明

图1为纳米复合微球的示意图；

图2为本发明方法制备得到的微球在不同矿化度下的膨胀性变化曲线；

图3为本发明方法制备得到的微球在不同时间对膨胀性能影响的曲线；

图4为本发明方法制备得到的微球在不同温度下膨胀性能的变化曲线。

图中：1母粒子、2子粒子、3复合粒子。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一种高膨胀纳米二氧化硅复合微球制备方法，首先选用纳米级SiO₂粉体作为原材料，纳米级SiO₂粉体来自上海冠旗电子新材料股份有限公司的FQ140121，纳米粒子粒径20～50nm范围内粒子大于80%，包括以下步骤：

S1：用表面修饰剂对SiO₂纳米粒子进行表面接枝改性；所述表面修饰剂为3-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷；