CN100575256C - 一种超疏水二氧化硅的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超疏水二氧化硅的制备方法，该制备方法工艺简单，反应条件温和，制备成本较低。本发明的超疏水二氧化硅的制备方法主要包括以下步骤：(A)分散：常温下，将二氧化硅固体粉末和溶剂混合并均匀分散后加入反应器；(B)反应：将反应器升至60～100℃，加入处理剂1，继续搅拌并反应20～40分钟后，使温度升至100～140℃并回流3～6小时，使反应充分进行；使温度降至60～100℃，加入处理剂2，搅拌下反应1～4小时，使二氧化硅表面达到超疏水水；(C)分离、干燥：用溶剂洗涤并过滤上述超疏水二氧化硅，去除溶剂及剩余的反应物并真空干燥。
Description
技术领域
本发明涉及一种二氧化硅的制备方法，更具体地说涉及一种超疏水二氧化硅的制备方法。
背景技术
纳米二氧化硅是一种轻质纳米多孔材料，它具有比表面积大、孔系率高、尺寸效应和特殊的光、电物性，以及其在高温下仍具有高强、高韧、稳定性好等奇异特性。因此纳米二氧化硅具有广阔的应用前景，目前已经在涂料、塑料和橡胶加工以及催化剂载体、医药研制方面得到了应用。但是，纳米二氧化硅表面存在羟基，遇水分子时易形成氢键吸附，使其表面具有亲水性，从而导致其团聚，难分散，这在很大程度影响了纳米二氧化硅在某些领域的应用。因此，通过表面处理的方法，消除或减少二氧化硅表面的羟基数是解决问题的关键。
目前，通过热处理法和化学改性法使二氧化硅表面由亲水变为疏水的报导很多。例如：DE 2628975和DE 2729244中，分别将硅油和二甲基二氯硅烷加到沉淀法二氧化硅中，用湿法和干法进行疏水化处理，最后经过200至400℃高温退火步骤，制备了疏水二氧化硅；JP194765中，用二硅氮烷化合物处理二氧化硅溶胶，使其表面达到疏水状态；CN 1161997中，采用表面接枝方法，将聚氧烷接枝到二氧化硅表面，从而使其达到疏水性质。但是，通过表面改性的方法，使二氧化硅表面达到超疏水状态的报道却非常少见。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术存在的不足与问题，提供了一种超疏水二氧化硅的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供的超疏水二氧化硅的制备方法主要包括以下步骤：
(A)分散：常温下，将二氧化硅固体粉末和溶剂混合并均匀分散后加入反应器；
(B)反应：将反应器升至60～100℃，加入处理剂1，继续搅拌并反应20～40分钟后，使温度升至100～140℃并回流3～6小时，使反应充分进行；使温度降至60～100℃，加入处理剂2，搅拌下反应1～4小时，使二氧化硅表面达到超疏水水；
(C)分离、干燥：用溶剂洗涤并过滤上述超疏水二氧化硅，去除溶剂及剩余的反应物并真空干燥。
本发明中所使用的处理剂1，其化学分子式为(X-(CH2)n)4-mSi(OR)m，其中R是甲基、乙基或多烷基基团，X是氨基、巯基、氰基、脲基、环氧基或含卤基团，m为1、2或3，n为0至30范围内任一数，并且处理剂1的用量为二氧化硅重量的0.5至5倍。
本发明中所使用的处理剂2，其化学分子式为X-(CH2)mR，R是甲基、乙烯基或乙炔基，X是氨基、巯基、氰基、脲基、酰氨基、环氧基或含卤基团，m为0至30范围内任一数，并且处理剂2的用量为处理剂1重量的0.5至5倍。
本发明中的步骤(B)在加入处理剂2的同时可加入催化剂，所使用的催化剂优选氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸铵、二乙胺、三乙胺或正丙胺，并且催化剂用量为处理剂1重量的10～50％。
另外，本发明中所使用的二氧化硅粉末优选为沉淀法或气相法二氧化硅；溶剂优选甲苯、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、环己烷、二氯甲烷中的一种或几种，并且用量为二氧化硅重量的10至50倍；所述的混合方式为超声波或机械搅拌；步骤(C)中所述去除溶剂及剩余反应物的方法是在110℃真空烘箱中干燥11～13小时。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的超疏水二氧化硅的制备方法工艺简单，反应条件温和，制备成本较低。用本发明方法制备的二氧化硅其水接触角可达154.2°，能有效阻止二氧化硅表面的二次团聚现象，改善无机相与有机相的界面相容性，增强其与聚合物结合力，从而达到增强、增韧聚合物基复合材料的效果，可广泛应用于硅橡胶、涂料、塑料、医药、造纸等诸多工业领域。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明，但本发明并不仅仅限定于这些实施例，本发明用水接触角来表示二氧化硅的疏水性，这一数值越大，表明疏水性越好。
实施例1
称取3g沉淀法二氧化硅(粒径40-60nm，比表面积150m2/g)，30g甲苯置于250ml的三口烧瓶，搅拌使其分散均匀；升温至80℃，加入1.5gγ-缩水甘油醚氧基内基三甲氧基硅烷，反应30分钟后，升温至110℃并使其回流4小时；然后降温至80℃，加入7.5g十二烷胺，反应4小时；最后用甲苯洗涤并过滤二氧化硅固体粉末，置于110℃的真空烘箱中，干燥12小时。经检测其结果见表1
实施例2
称取3g气相法二氧化硅(粒径20-40nm，比表面积380m2/g)，150g甲苯置于500ml的三口烧瓶，搅拌使其分散均匀；升温至80℃，加入15g γ-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷，反应30分钟后，升温至110℃并使其回流4小时；然后降温至80℃，加入7.5g硬脂酸酰胺，反应3小时；最后用甲苯洗涤并过滤二氧化硅固体粉末，置于110℃的真空烘箱中，干燥12小时。经检测其结果见表1
实施例3
称取3g沉淀法二氧化硅(粒径40-60nm，比表面积150m2/g)，90g N，N-二甲基甲酰胺置于250ml的三口烧瓶，搅拌使其分散均匀；升温至90℃，加入3g氯丙基三甲氧基硅烷，反应30分钟后，升温至120℃并使其回流4小时；然后降温至80℃，加入3g十二烷胺，0.3g氢氧化钠，反应2小时；最后用N，N-二甲基甲酰胺洗涤并过滤二氧化硅固体粉末，置于110℃的真空烘箱中，干燥12小时。经检测其结果见表1
实施例4
称取3g气相法二氧化硅(粒径20-40nm，比表面积380m2/g)，90gN，N-二甲基甲酰胺置于200ml的三口烧瓶，搅拌使其分散均匀；升温至90℃，加入3g氯丙基三乙氧基硅烷，反应30分钟后，升温至120℃并使其回流4小时；然后降温至80℃，加入3g十二烷胺，1.5g三乙胺，反应2小时；最后用N，N-二甲基甲酰胺洗涤并过滤二氧化硅固体粉末，置于110℃的真空烘箱中，干燥12小时。经检测其结果见表1
表1：反应前后二氧化硅水接触角的变化一览表
Claims (5)
1、一种超疏水二氧化硅的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(A)分散：常温下，将二氧化硅固体粉末和溶剂混合并均匀分散后加入反应器；
(B)反应：将反应器升至60～100℃，加入处理剂1，继续搅拌并反应20～40分钟后，使温度升至100～140℃并回流3～6小时，使反应充分进行；使温度降至60～100℃，加入处理剂2，搅拌下反应1～4小时，使二氧化硅表面达到超疏水；
(C)分离、干燥：用溶剂洗涤并过滤上述超疏水二氧化硅，去除溶剂及剩余的反应物并真空干燥；
其中所述的溶剂为甲苯、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、环己烷、二氯甲烷中的一种或几种，步骤(A)中溶剂用量为二氧化硅重量的10至50倍；所述的处理剂1为γ-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、氯丙基三甲氧基硅烷或氯丙基三乙氧基硅烷，处理剂1的用量为二氧化硅重量的0.5至5倍；所述的处理剂2为十二烷胺或硬脂酸酰胺，处理剂2的用量为处理剂1重量的0.5至5倍。
2、根据权利要求1所述的超疏水二氧化硅的制备方法，其特征在于所述的二氧化硅固体粉末为沉淀法或气相法二氧化硅。
3、根据权利要求1所述的超疏水二氧化硅的制备方法，其特征在于所述的混合方式为超声波或机械搅拌。
4、根据权利要求1所述的超疏水二氧化硅的制备方法，其特征在于步骤(B)中在加入处理剂2的同时加入催化剂，所述的催化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸铵、二乙胺、三乙胺或正丙胺，催化剂用量为处理剂1重量的10～50％。
5、根据权利要求1所述的超疏水二氧化硅的制备方法，其特征在于步骤(C)中所述的所述去除溶剂及剩余反应物的方法是在110℃真空烘箱中干燥11～13小时。
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