的表面改性方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米Si02的表面改性技術，具體地說，涉及一種納米S1 2的表面改性方法。
【背景技術】
[0002]S i 02是一種無味、無毒、無污染的非金屬功能材料。納米級的S i 02由于其特殊的粒徑大小，具有粒徑小、比表面積大的特點，可呈現(xiàn)出表面效應、小尺寸效應、量子隧道效應、宏觀量子隧道效應和特殊光電性等，常被用作高效絕熱材料、催化劑載體、氣體過濾材料和高檔涂料的填料等，在橡膠、塑料、涂料、油漆化妝品、醫(yī)藥和造紙等領域具有廣泛的應用，在材料科學研究領域中引起了廣泛的關注，成為材料科學研究的熱點之一。
[0003]由于納米顆粒比表面積大，原子為高度活化狀態(tài)，處于熱力學非穩(wěn)態(tài)，很容易團聚在一起，形成尺寸較大的團聚體，因此如何制備分散、粒徑分布均勻的納米粒子，并使其與聚合物更好地相容是應用領域的一個焦點問題，迄今為止，雖然有很多的納米二氧化硅表面改性工藝，但是都存在各自的弊端。如:硅烷偶聯(lián)劑改性的方法雖然簡單易行，但由于硅烷偶聯(lián)劑的價格昂貴，不宜大規(guī)模生產；用聚合物進行接枝聚合改性的方法，由于存在均聚反應，接枝率較低，對材料的力學性能產生一定的影響；酯化反應法的缺點是酯基容易發(fā)生水解，并且其熱穩(wěn)定性較差。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術中的缺點，提供了一種納米Si02的表面改性方法，其改性成本低，力學性能好，熱穩(wěn)定好，易于大規(guī)模生產。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0006]—種納米Si02的表面改性方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007](1)將納米Si02置于表面皿上，在100_130°C下的烘箱中干燥2_6小時；
[0008](2)將干燥好的納米Si02加入燒瓶中，再加入有機溶劑，搖勻并超聲波分散20-50min，使納米Si02*散均勻；
[0009](3)再加入三烯丙基異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫，通入惰性氣體保護，攪拌，在50-90°C下反應0.5-5h，停止加熱，將反應液冷卻至室溫；
[0010](4)離心分離反應體系，沉淀物用丙酮洗滌，抽濾，80°C下烘干8h，得到分散好的納米Si02產物。
[0011]步驟(2)中所述的有機溶劑為無水苯、甲苯、二甲苯中的一種。
[0012]步驟(3)中所述的惰性氣體為氮氣。
[0013]所述納米Si02在反應前應先經過微波分散處理。
[0014]所述納米Si02和三烯丙基異氰酸酯的重量配比為1:0.5-3。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明所述一種納米3102的表面改性方法，通過改性反應，減少了納米二氧化硅表面上親水性的羥基(-0H)數(shù)目，一定程度上提高了納米二氧化硅的親油性和疏水性。通過傅立葉紅外光譜對改性后的納米二氧化硅的表面化學結構和在溶液中的分散情況進行了表征，結果表明:改性后的納米二氧化硅在有機相中能夠很好的均勻分散，且其疏水性強，達到了預期的目的。
【附圖說明】
[0017]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的限制，在附圖中:
[0018]圖1是納米Si0d9三維網狀分子結構。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]Si02表面存在不飽和的殘鍵和不同鍵和狀態(tài)的羥基，如圖1所示。
[0021]由于Si02表面存在羥基，親水性強，相鄰羥基彼此以氫鍵結合，孤立羥基的氫原子正電性強，易與負電性原子吸附，與含羥基化合物發(fā)生脫水縮合反應。表面羥基的存在使表面具有化學吸附活性，遇水分子時形成氫鍵吸附，且粒徑小，比表面能大，容易團聚，導致其在與聚合物基體配合時相容性差，易團聚。因此，解決納米Si02在高分子基體中分散的關鍵問題在于其表面羥基(-0H)的處理。
[0022]本發(fā)明利用異氰酸酯基團(-NC0)與納米二氧化硅表面的羥基(-0H)發(fā)生反應，對納米二氧化硅表面進行改性，改性后的3102表面帶有丙烯酸酯基團，既可以將納米S1 2粒子隔開，防止其團聚，得到穩(wěn)定的改性納米；同時，該體系還可以進一步的進行聚合反應，制備S1jfi米復合材料。雖然國內也有用異氰酸酯改性納米Si02的報道，一般以甲苯二異氰酸酯為改性物質，先利用其中一個異氰酸酯基團(-NC0)跟納米Si02的羥基(-0H)進行接枝反應，然后利用另一個一NC0連接上各種需要的基團，此方法需要兩步反應，工藝過程較為繁瑣，且接枝效率受工藝影響較大，影響了其應用。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用的是三烯丙基異氰酸酯，與一般接枝聚合物改性法相比，最突出的優(yōu)勢在于不需要預處理過程，一步就能直接連上具有擴鏈聚合能力的丙烯酸酯基團，工藝簡單，且接枝改性效果良好。
[0023]實施例1
[0024]將納米Si02置于干凈的表面皿上，在130°C下的烘箱中干燥3小時，將干燥好的納米Si02 (單個粒子的平均粒徑為50nm，主要分布在40_70nm之間，粒子間有團聚)加入三口燒瓶中，再加入無水甲苯，搖勾并超聲波分散30min，使納米Si02在甲苯中均勾分散。然后往體系中加入三烯丙基異氰酸酯和作為催化劑的二月桂酸二丁基錫，通入氮氣保護，攪拌，在50°C下反應4h，停止加熱，將反應液冷卻至室溫，然后對反應液進行離心操作，沉淀物用丙酮洗滌，抽濾，80°C下烘干8h，得到分散好的納米Si02產物，其平均粒徑為65nm(主要分布在50-80nm之間)。
[0025]實施例2
[0026]將納米Si02置于干凈的表面皿上，在130°C下的烘箱中干燥3小時，將干燥好的納米Si02 (單個粒子的平均粒徑為50nm，主要分布在40_70nm之間，粒子間有團聚)加入三口燒瓶中，再加入無水二甲苯，搖勻并超聲波分散30min，使納米Si02在二甲苯中均勻分散。然后往體系中加入三烯丙基異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫，通入氮氣保護，攪拌，在65°C下反應2h，停止加熱，將反應液冷卻至室溫，然后對反應液進行離心操作，沉淀物用丙酮洗滌，抽濾，80°C下烘干8h，得到分散好的納米Si02產物，其平均粒徑為70nm(主要分布在50_80nm之間)。
[0027]實施例3
[0028]將納米Si02置于干凈的表面皿上，在140°C下的烘箱中干燥2小時，將干燥好的納米Si02 (單個粒子的平均粒徑為50nm，主要分布在40_70nm之間，粒子間有團聚單個粒子的平均粒徑為60nm，主要分布在50-80nm之間，粒子間有團聚)加入三口燒瓶中，再加入苯，搖勻并超聲波分散30min，使納米Si02在苯中均勻分散。然后往體系中加入三烯丙基異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫，通入氮氣保護，攪拌，在80°C下反應lh，停止加熱，將反應液冷卻至室溫，然后對反應液進行離心操作，沉淀物用丙酮洗滌，抽濾，80°C下烘干8h，得到分散好的納米Si02產物，其平均粒徑為60nm(主要分布在50_80nm之間)。
[0029]最后應說明的是:以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換，但是凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種納米3;[02的表面改性方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將納米Si02置于表面皿上，在100-130°C下的烘箱中干燥2-6小時； (2)將干燥好的納米Si02加入燒瓶中，再加入有機溶劑，搖勻并超聲波分散20-50min，使納米Si02*散均勻； (3)再加入三烯丙基異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫，通入惰性氣體保護，攪拌，在50-90°C下反應0.5-5h，停止加熱，將反應液冷卻至室溫； (4)離心分離反應體系，沉淀物用丙酮洗滌，抽濾，80°C下烘干8h，得到分散好的納米Si02產物。2.根據(jù)權利要求1所述的一種納米S1^表面改性方法，其特征在于，步驟⑵中所述的有機溶劑為無水苯、甲苯、二甲苯中的一種。3.根據(jù)權利要求1所述的一種納米S1^表面改性方法，其特征在于，步驟⑶中所述的惰性氣體為氮氣。4.根據(jù)權利要求1所述的一種納米S12的表面改性方法，其特征在于，所述納米S1 2在反應前應先經過微波分散處理。5.根據(jù)權利要求1所述的一種納米Si02的表面改性方法，其特征在于，所述納米Si02和三烯丙基異氰酸酯的重量配比為1:0.5-3。
【專利摘要】本發(fā)明所述一種納米SiO2的表面改性方法，包括如下步驟：將納米SiO2置于表面皿上，在100-130℃下的烘箱中干燥2-6小時；將干燥好的納米SiO2加入燒瓶中，再加入有機溶劑，搖勻并超聲波分散20-50min，使納米SiO2分散均勻；再加入三烯丙基異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫，通入惰性氣體保護，攪拌，在50-90℃下反應0.5-5h，停止加熱，將反應液冷卻至室溫；離心分離反應體系，沉淀物用丙酮洗滌，抽濾，80℃下烘干8h，得到分散好的納米SiO2產物。本發(fā)明減少了納米二氧化硅表面上親水性的羥基(-OH)數(shù)目，提高了納米二氧化硅的親油性和疏水性。而且改性后的納米二氧化硅在有機相中能夠很好的均勻分散，且其疏水性強。
【IPC分類】C09C3/04, C09C1/28, C09C3/08
【公開號】CN105255220
【申請?zhí)枴緾N201510680600
【發(fā)明人】陳東初, 葉秀芳
【申請人】佛山科學技術學院
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月19日