[发明专利]一种纳米二氧化硅的表面亲油改性方法及由该法制得的亲油纳米二氧化硅

说明书

本发明公开了一种纳米二氧化硅的表面亲油改性方法及由该法制得的亲油纳米二氧化硅，以纳米二氧化硅为反应起始物，用含氨基的硅氧烷、含环氧基的硅氧烷为表面改性剂，采用溶胶‑凝胶法，在碱的催化下，制备改性纳米二氧化硅；随后加入丙烯酸长链酯，通过双键与胺基的迈克尔加成反应，在二氧化硅的表面共价键链接长碳链；或后加入长碳链胺基，通过氨基与环氧开环反应，将长碳链引入到二氧化硅表面，通过长碳链赋予二氧化硅高稳定性和亲油性，实现二氧化硅的稳定分散，防止二氧化硅的团聚及沉淀；另外制成的改性的二氧化硅可以给材料带来亲油、防污、低光泽、耐划伤、高硬度等不同功能。

技术领域

本发明属于功能化纳米颗粒制备技术领域，具体涉及一种纳米二氧化硅的表面亲油改性方法及由该法制得的亲油纳米二氧化硅。

背景技术

纳米二氧化硅(SiO₂)作为一种精细化工产品，它在材料补强、体系增稠、触变性、消光方面有诸多应用。纳米二氧化硅用于涂料中还可提高耐洗刷、耐划伤、耐候性、耐玷污性等性能。

对未改性的SiO₂纳米粒子，由于其比表面积大，具有团聚的倾向，因而会具有沉淀于底部的趋势，尤其是对低粘度体系，从而影响二氧化硅的应用。因此，一般二氧化硅都需要进行化学改性而提高其分散稳定性，为此我们提出利用含氨烷基的三甲基硅氧烷、或含环氧基的硅氧烷对二氧化硅进行修饰，再利用胺基及环氧的反应活性，进一步对胺基及环氧进行二次改性，使二氧化硅表面带有低表面能的长碳链官能团，可以提高二氧化硅在油性体系中的分散稳定性。同时，这种可梯度分布的二氧化硅粒子还可赋予涂层好的疏水、耐水、耐污性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：对未改性的SiO₂纳米粒子，由于其比表面积大，具有团聚的倾向，因而会具有沉淀于底部的趋势，尤其是对低粘度体系，从而影响二氧化硅的应用。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种纳米二氧化硅的表面亲油改性方法，包括以下步骤：

(1)将二氧化硅和三甲基硅氧烷改性剂，加入到溶剂中，在碱催化下使三甲基硅氧烷在二氧化硅表面接枝反应，得改性二氧化硅；

(2)将步骤(1)所得改性二氧化硅与相应的功能化试剂反应，进行二次改性，在二氧化硅粒子表面接枝长碳链烷基结构。

进一步，所述的三甲基硅氧烷改性剂为含氨基的三甲氧基硅烷、含环氧基的三甲氧基硅烷中的任意一种或二者的混合。

进一步，所述的含氨基的三甲氧基硅烷为三甲氧基丙基氨基硅烷，其相应的功能化试剂为丙烯酸十二酯、丙烯酸十六酯、丙烯酸十八酯中的一种或几种。

进一步，所述的含环氧基的三甲氧基硅烷为三甲氧基环氧基氨基硅烷，其相应的功能化试剂为十二胺、十六胺、十八胺中的一种或几种。

进一步，所述步骤(1)中二氧化硅与三甲基硅氧烷改性剂的质量比为1∶(1.0-1.5)。

进一步，所述的溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇中的任意一种或其混合物，加入溶剂后，二氧化硅及三甲基硅氧烷改性剂占反应体系质量分数为10-20wt％。

进一步，所述的碱包括氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、尿素中的任意一种，优选为氨水、尿素，其加入量为二氧化硅质量分数的0.5-1.0wt％。

进一步，所述步骤(2)中含氨基的三甲氧基硅烷与其相应的功能化试剂的反应温度为0-90℃，反应时间为0.5-14h。

进一步，所述步骤(2)中含环氧基的三甲氧基硅烷与其相应的功能化试剂的反应温度为0-50℃，反应时间为2-14h。

进一步，本发明还提供一种亲油改性的纳米二氧化硅，由所述的一种纳米二氧化硅的表面亲油改性方法制成。