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CN110104655A - 一种高性能二氧化硅的制备工艺 - Google Patents

一种高性能二氧化硅的制备工艺 Download PDF

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CN110104655A
CN110104655A CN201910403319.1A CN201910403319A CN110104655A CN 110104655 A CN110104655 A CN 110104655A CN 201910403319 A CN201910403319 A CN 201910403319A CN 110104655 A CN110104655 A CN 110104655A
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武晓旭
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Fujian Shunchang Xinhe Nano Silicon Industry Co Ltd
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Abstract

本发明属于纳米粉体材料技术领域,涉及一种高性能二氧化硅的制备工艺。本发明采用多种改性剂对二氧化硅进行表面改性,改性后的粉体包裹性非常好,在应用中,粉体和改性剂不会分离,大大提高了在应用中的使用效果,打破了传统干法处理产量低的瓶颈,降低了人工成本,实现了大规模的生产,大大提高了工作效率,并且通过调整改性剂的搭配使用,可以合成出具有多种复合表面官能团的高分散二氧化硅,满足不同工业生产需求。

Description

一种高性能二氧化硅的制备工艺
技术领域
本发明属于纳米粉体材料技术领域,涉及一种高性能二氧化硅的制备工艺。
背景技术
纳米二氧化硅为无定型白色粉末,是一种无毒、无味、无污染的材料,也是目前世界上大规模生产的一种纳米粉体材料。作为一种优良的结构和功能材料,纳米二氧化硅具有高表面活性、高比表面积、低比重、耐高温、耐腐蚀等特点且具有许多独特的性能和广泛的应用前景。
高分散纳米二氧化硅由于其独特的物理化学性质而被广泛应用于橡胶、塑料、涂料、油漆油墨、胶粘剂、化妆品、医药、农业等领域,起到补强、增稠、触变、消光、防沉降、抗流挂和防老化等作用。
目前制备高分散纳米二氧化硅的方法可以分为两种,一种是湿法,采用硅酸盐溶液(如硅酸钠)在酸性或碱性条件下进行水解,然后经过一系列的后处理工艺得到二氧化硅,也称为沉淀法白炭黑,另一种是干法,采用有机硅卤化物(如四氯化硅、甲基三氯硅烷等)通过火焰高温水解制得二氧化硅气凝胶,然后经过聚集、分离和脱酸等后处理工艺而得到二氧化硅,也称作气相法白炭黑或气相二氧化硅、这两种方法所制得的二氧化硅的性能有一定的差异,湿法二氧化硅产品纯度低,离子杂质含量高,产品的粒径比较大,粒子结构性低,易形成大的不可再分散的硬团聚集体,导致丧失纳米材料的特性,因此湿法二氧化硅的补强性、增稠和触变性都不如干法二氧化硅,干法二氧化硅产品纯度高(二氧化硅含量大于99.8%),产品的原生粒径在7~40纳米之间,比表面积为100~400m2/g,具有优异地补强性、增稠和触变性能。
发明内容
针对现有技术中存在的一些问题,本发明第一个方面提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入(5~10)体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为800~1500L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至60~100℃,恒温老化1~3小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为50%~65%的改性剂加入反应釜中,设定温度100~130℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为300~400℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,得高性能二氧化硅。
作为一种优选的技术方案,所述步骤一中水玻璃溶液的浓度为10~50Be。
作为一种优选的技术方案,所述步骤一中的酸为硫酸和/或磷酸。
作为一种优选的技术方案,所述步骤一中的水玻璃溶液与酸的体积比为7:1。
作为一种优选的技术方案,所述步骤三中的改性剂选自微粉蜡、低分子量树脂、松香树脂中的至少一种。
作为一种优选的技术方案,所述步骤四中的压力式雾化器的雾化压力为0.2~0.5MPa。
作为一种优选的技术方案,所述低分子量树脂为苯乙烯马来酸酐共聚物和/或聚酰胺环氧树脂。
作为一种优选的技术方案,所述微粉蜡选自聚乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯微粉蜡、氧化聚乙烯微粉蜡、聚全氟乙丙烯微粉蜡、聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡、聚偏氟乙烯微粉蜡中的至少一种。
作为一种更优选的技术方案,所述微粉蜡选自聚乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡、氧化聚乙烯微粉蜡中的至少一种。
作为一种优选的技术方案,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
本发明采用多种改性剂对二氧化硅进行表面改性,改性后的粉体包裹性非常好,在应用中,粉体和改性剂不会分离,大大提高了在应用中的使用效果,打破了传统干法处理产量低的瓶颈,降低了人工成本,实现了大规模的生产,大大提高了工作效率,并且通过调整改性剂的搭配使用,可以合成出具有多种复合表面官能团的高分散二氧化硅,满足不同工业生产需求。
具体实施方式
以下通过具体实施方式说明本发明,但不局限于以下给出的具体实施例。
本发明第一个方面提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入(5~10)体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为800~1500L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至60~100℃,恒温老化1~3小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为50%~65%的改性剂加入反应釜中,设定温度100~130℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为300~400℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,得高性能二氧化硅。
<步骤一>
本发明所述步骤一为:向合成釜内加入(5~10)体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为800~1500L/h。之后再进行步骤二。
(水玻璃溶液)
水玻璃是一种水溶性硅酸盐,在铸造行业中常用作粘结剂,其化学式为R2O·nSiO2,式中R2O为碱金属氧化物,n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值,称为水玻璃的摩数。
本发明对购买厂家不做特别限制。
在一种优选的实施方式中,所述水玻璃购自南京道勤建材实业有限公司,水玻璃分子式为:Na2SiO3·9H2O,CAS号1344-09-8。
在一种优选的实施方式中,所述水玻璃溶液的浓度为10~50Be;进一步优选地,所述水玻璃溶液的浓度为30Be。
这里描述的波美度(Be)是表示溶液浓度的一种方法。把波美比重计浸入所测溶液中,得到的度数就叫波美度。
在一种优选的实施方式中,所述加酸速率为1200L/h。
(酸)
在一种优选的实施方式中,所述酸选自乙酸、甲酸、硝酸、氢碘酸、盐酸、氢溴酸、碳酸、硅酸、硫酸、磷酸、高锰酸中的至少一种。
在一种优选的实施方式中,所述酸为硫酸和/或磷酸。
进一步优选地,所述酸为硫酸。
进一步地,硫酸为质量分数97%的浓硫酸。
在一种优选的实施方式中,所述水玻璃溶液与酸的体积比为7:1。
<步骤二>
本发明所述步骤二为:将步骤一制得的浆料升温至60~100℃,恒温老化1~3小时后,洗涤。之后再进行步骤三。
在一种优选的实施方式中,所述浆料升温至80℃。
在一种优选的实施方式中,所述恒温老化时间为2小时。
<步骤三>
本发明所述步骤三为:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为50%~65%的改性剂加入反应釜中,设定温度100~130℃,待用。之后再进行步骤四。
(改性剂)
在一种优选的实施方式中,所述改性剂选自微粉蜡、低分子量树脂、松香树脂中的至少一种。
在一种优选的实施方式中,所述改性剂的质量百分比为60%。
所述改性剂的质量百分比指改性剂的质量除以水玻璃的质量。
在一种优选的实施方式中,所述反应釜的设置温度为115℃。
(微粉蜡)
超细微粉技术是近些年发展起来的一项高新技术,一般把粒径小于0.5μm的粒子称为超微粒子,20μm以下的粒子称为微粒子,超细粒子的集合体称为超微粉体。微粉蜡为超微细粉体,粒径范围2~30μm,分子量分布较宽,从600~6000左右。
作为微粉蜡的实例,包括但不限于:聚乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡、氧化聚乙烯微粉蜡、高密度聚乙烯微粉蜡、氧化高密度聚乙烯微粉蜡、改性高密度聚乙烯微粉蜡、聚全氟乙丙烯微粉蜡、聚四氟乙烯与聚乙烯混合蜡、全氟乙烯与全氟乙丙烯的共聚物微粉蜡和聚偏氟乙烯微粉蜡。
作为一种更优选的技术方案,所述微粉蜡选自聚乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡、氧化聚乙烯微粉蜡中的至少一种。
(低分子量树脂)
作为低分子量树脂的实例,包括但不限于:萜烯树脂、脂环族烃树脂、α-甲基聚苯乙烯、酚醛清漆树脂、改性酚醛清漆树脂、脂肪族烃树脂、芳香族烃树脂、香豆酮树脂、以及C5及C9系石油树脂。
在一种优选的实施方式中,所述低分子量树脂为苯乙烯马来酸酐共聚物和/或聚酰胺环氧树脂;进一步优选地,所述低分子量树脂为苯乙烯马来酸酐共聚物。
本发明所述的苯乙烯-马来酸酐共聚物(S-MA)是通过苯乙烯单体与少量的马来酸酐单体反应制得的。马来酸酐单体无规地接到主链上,增加了玻璃化转变和热变形温度。一般苯乙烯-马来酸酐共聚物产品的热变形温度都超过260°F。在注塑成型时,即使温度超过550°F时,这种聚合物的性能仍然相当稳定。
(松香树脂)
作为松香树脂的实例,包括但不限于:聚合松香、氢化松香、全氢化松香、水白松香。
松香树脂,是三环二萜类化合物,在含水乙醇中得单斜片状结晶。熔点172~175℃,旋光度为102°(无水乙醇)。不溶于水,溶于乙醇、苯、氯仿、乙醚、丙酮、二硫化碳以及稀氢氧化钠水溶液,为天然松香树脂的主要成分。松香树脂是一种浅色的,经过高度聚合(二聚合)的高软化点、高粘性,和更好的抗氧化性,并且在液体状态下或在溶液里完全抗结晶,它的多种用途包括油漆,干燥剂,合成树脂,汽车油墨,地砖,橡胶合成物,助焊剂、焊锡膏,以及各种胶粘剂和保护涂料。
进一步优选地,所述改性剂为微粉蜡。
在一种优选的实施方式中,所述微粉蜡选自聚乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡、氧化聚乙烯微粉蜡中的至少一种;进一步优选地,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
在一种实施方式中,所述改性剂包括氧化聚乙烯蜡,D50粒径为8.5μm,所述氧化聚乙烯蜡购买于科莱恩,型号为3715。
通过加入D50粒径为8.5μm的氧化聚乙烯蜡,氧化聚乙烯蜡上的极性基团和二氧化硅表面的羟基结合,逐渐取代通过氢键与二氧化硅表面羟基结合的水,由于氧化聚乙烯蜡的表面张力小于水的表面张力,阻止二氧化硅颗粒间氢键的形成;同时,氧化聚乙烯蜡上的非极性基团易渗透到二氧化硅内部孔隙中,削弱内聚力,使二氧化硅在外加作用力下更易打开,新生成的粒子也能够得到迅速的保护。将二氧化硅用于涂料,涂料被涂成膜干燥的过程中,溶剂和树脂基料受到二氧化硅外层结构化学、物理作用的阻挡,减缓了树脂基料的流动和溶剂挥发,从而降低了涂料的光泽度。由于氧化聚乙烯蜡的存在,造成含二氧化硅涂膜的抗回粘性较差。
在一种实施方式中,所述改性剂还包括聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡,D50粒径为5μm,所述聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡购买于克莱恩型号为9322F。
通过加入D50粒径为5μm的聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡,由于氧化聚乙烯蜡、聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡修饰的二氧化硅由多种粒径分布组成,漆膜表面多种粒径颗粒对整体提供了很好的支撑骨架作用,减少了漆膜的表面接触面积,从而可以提高高温时涂膜的回粘性。
另外,本申请人意外发现,当聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡与氧化聚乙烯蜡的重量份比为(0.5~2):1时,能够提高二氧化硅的吸油值,猜测可能的原因是:加入改性剂后、氧化聚乙烯蜡最先和二氧化硅结合,由于相似相容原理,聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡的聚乙烯蜡一端与二氧化硅上的聚乙烯蜡基团结合,聚四氟乙烯包裹在最外层,一方面极大减弱了分子间的吸引力,另一方面聚四氟乙烯改性聚乙烯蜡与氧化聚乙烯蜡形成的特殊结构提高了二氧化硅颗粒间隙的毛细吸附作用,从而提高了吸油值。
进一步优选地,所述改性剂为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡的混合物。
在一种优选的实施方式中,所述改性剂中聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为(0.5~2):1;进一步优选地,所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为1:1。
<步骤四>
本发明所述步骤四为:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为300~400℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,得高性能二氧化硅。
在一种优选的实施方式中,所述离心干燥系统的温度为350℃。
在一种优选的实施方式中,所述压力式雾化器的雾化压力为0.2~0.5MPa;进一步优选地,所述压力式雾化器的雾化压力为0.35MPa。
(压力式雾化器)
步骤四的设备参考专利CN201720359474.4,所述步骤三的浆料从设备上方喷入,所述改性剂从设备的下方喷入干燥塔中。
本发明所述步骤四中的设备可以对原物料进行快速的升温搅拌,提高物料流动性及后续雾化干燥效果;雾化干燥塔中采用雾化机和压力式雾化喷头配合使用,提高物料的雾化效果。
本申请人发现,通过采用压力式雾化器,而且雾化压力为0.2-0.5MPa时,能够提高二氧化硅的防沉性。猜测可能的原因是:在一定的雾化压力下,随着雾化产生的强大冲击波、改性剂一方面能够破坏颗粒间的表面吸附以及引起氢键等化学结合力的断裂;另一方面能快速进入到二氧化硅的团聚体中,使二氧化硅形成较为疏松的网络状结构;当二氧化硅分散于涂料中时,由于网络结构密度较大,以及在范德华力的作用下,形成了稳定的结构;同时在搅拌过程中形成的假性润湿颗粒,经过短时间浸泡,二氧化硅被充分润湿,产品的静止粘度升高,也减缓了二氧化硅的沉降,没有出现分层现象。
本发明提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入7体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为1200L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至80℃,恒温老化2小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为60%的改性剂加入反应釜中,设定温度115℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为350℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,进行粉体表面改性,得高性能二氧化硅。
实施例
实施例1
本发明的实施例1提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入7体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为1200L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至80℃,恒温老化2小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为60%的改性剂加入反应釜中,设定温度115℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为350℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,进行粉体表面改性,得高性能二氧化硅。
所述水玻璃溶液的浓度为30Be。
所述酸为质量分数97%的浓硫酸。
所述水玻璃溶液与酸的体积比为7:1。
所述改性剂为微粉蜡,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为1:1。
所述压力式雾化器的雾化压力为0.35MPa。
实施例2
本发明的实施例2提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入7体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为1200L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至80℃,恒温老化2小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为60%的改性剂加入反应釜中,设定温度115℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为350℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,进行粉体表面改性,得高性能二氧化硅。
所述水玻璃溶液的浓度为30Be。
所述酸为质量分数97%的浓硫酸。
所述水玻璃溶液与酸的体积比为7:1。
所述改性剂为微粉蜡,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为1:1。
所述压力式雾化器的雾化压力为0.2MPa。
实施例3
本发明的实施例3提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入7体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为1200L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至80℃,恒温老化2小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为60%的改性剂加入反应釜中,设定温度115℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为350℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,进行粉体表面改性,得高性能二氧化硅。
所述水玻璃溶液的浓度为30Be。
所述酸为质量分数97%的浓硫酸。
所述水玻璃溶液与酸的体积比为7:1。
所述改性剂为微粉蜡,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为1:1。
所述压力式雾化器的雾化压力为0.5MPa。
实施例4
本发明的实施例4提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入7体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为1200L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至80℃,恒温老化2小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为60%的改性剂加入反应釜中,设定温度115℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为350℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,进行粉体表面改性,得高性能二氧化硅。
所述水玻璃溶液的浓度为30Be。
所述酸为质量分数97%的浓硫酸。
所述水玻璃溶液与酸的体积比为7:1。
所述改性剂为微粉蜡,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为0.5:1。
所述压力式雾化器的雾化压力为0.35MPa。
实施例5
本发明的实施例5提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入7体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为1200L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至80℃,恒温老化2小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为60%的改性剂加入反应釜中,设定温度115℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为350℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,进行粉体表面改性,得高性能二氧化硅。
所述水玻璃溶液的浓度为30Be。
所述酸为质量分数97%的浓硫酸。
所述水玻璃溶液与酸的体积比为7:1。
所述改性剂为微粉蜡,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为2:1。
所述压力式雾化器的雾化压力为0.35MPa。
实施例6
本发明的实施例6提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入7体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为1200L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至80℃,恒温老化2小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为60%的改性剂加入反应釜中,设定温度115℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为350℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,进行粉体表面改性,得高性能二氧化硅。
所述水玻璃溶液的浓度为30Be。
所述酸为质量分数97%的浓硫酸。
所述水玻璃溶液与酸的体积比为10:1。
所述改性剂为微粉蜡,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为1:1。
所述压力式雾化器的雾化压力为0.35MPa。
实施例7
本发明的实施例7提供了一种高性能二氧化硅的制备方法,包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入7体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为1200L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至80℃,恒温老化2小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为60%的改性剂加入反应釜中,设定温度115℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为350℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,进行粉体表面改性,得高性能二氧化硅。
所述水玻璃溶液的浓度为30Be。
所述酸为质量分数97%的浓硫酸。
所述水玻璃溶液与酸的体积比为5:1。
所述改性剂为微粉蜡,所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为1:1。
所述压力式雾化器的雾化压力为0.35MPa。
对比例
对比例1
本发明的对比例1提供一种高性能二氧化硅的制备方法,其具体实施方式同实施例1,不同之处在于,不添加氧化聚乙烯微粉蜡。
对比例2
本发明的对比例2提供一种高性能二氧化硅的制备方法,其具体实施方式同实施例1,不同之处在于,不添加聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡。
对比例3
本发明的对比例3提供一种高性能二氧化硅的制备方法,其具体实施方式同实施例1,不同之处在于,所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡与氧化聚乙烯微粉蜡的重量份比为4:1。
对比例4
本发明的对比例4提供一种高性能二氧化硅的制备方法,其具体实施方式同实施例1,不同之处在于,所述压力式雾化器的雾化压力为5MPa。
对比例5
本发明的对比例5提供一种高性能二氧化硅的制备方法,其具体实施方式同实施例1,不同之处在于,不添加氧化聚乙烯微粉蜡,不添加聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡。
对比例6
本发明的对比例6提供一种高性能二氧化硅的制备方法,其具体实施方式同实施例1,不同之处在于,所述氧化聚乙烯微粉蜡,D50粒径为10μm。
对比例7
本发明的对比例7提供一种高性能二氧化硅的制备方法,其具体实施方式同实施例1,不同之处在于,所述聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡,D50粒径为7μm。
对比例8
本发明的对比例8提供一种高性能二氧化硅的制备方法,其具体实施方式同实施例1,不同之处在于,所述压力式雾化器的雾化压力为0.1MPa。
性能评估:
将实施例和对比例所得改性二氧化硅放到具体涂料中测试。
涂料配方:
主漆:
原料名称 质量分数/%
丙烯酸树脂 74.4%
流平剂BYK323 0.46%
流平剂BYK333 0.46%
消泡剂BYK141 0.27%
多元醋酸酯BAC 17.39%
二氧化硅 7%
固化剂:
原料名称 质量分数/%
固化剂AK-75 41%
固化剂TR-50 18%
多元醋酸酯BAC 41%
1.吸油值测定:
为了更详细的描述二氧化硅的特征,对其吸油值即吸附邻苯二甲酸二丁酯量进行了测定。由GB10519方法测得:称取表面处理后的沉淀二氧化硅5g(精确至0.01g),置于20×20cm的玻璃板或釉面瓷板上,用已知质量的盛有DOP的滴管滴加DOP,同时用长178mm宽7-8mm的调刀不断进行翻动研磨,起初试样呈分散状,后逐渐成团直至全部被DOP润湿,并形成一整团即为终点,称取滴瓶质量,精确至0.01g。以每100g二氧化硅吸收DOP的质量(g)表示的吸油值y按下式计算,结果见表1。
y=(m1-m2)/m×100
式中m1——滴加DOP之前滴瓶和DOP的质量g
m2——滴加DOP之后滴瓶和DOP的质量g
m——试料质量g
允许差:取平行测定结果的算术平均值为测定结果,平行测定结果的绝对差值不大于1.0g/100g二氧化硅。
2.抗回粘性测定:
测试条件:按GB/T 1762-1980相关规定进行。将定量滤纸片光滑的面朝下放置于离样板边缘不少于1cm的漆膜上,放入恒温恒湿箱中,将温度调节在40±1℃,相对湿度80±2%条件下预热的回粘性测试仪放置在滤纸的正中,关上恒温恒湿箱。5分钟内升温至40±1℃,相对湿度80±2%,在此条件下保持10分钟。迅速向上拿掉测试仪,取出样板。放置15分钟,用四倍放大镜观察结果,结果见表1。评级标准:样板倒转,滤纸片做自由落体运动,或用握板手的食指轻敲可以落下者为1级;轻轻掀起滤纸片,允许有印痕,粘有稀疏,轻微的滤纸纤维,纤维总面积为1/3cm2以下者为2级;轻轻掀起滤纸片,允许有印痕,粘有密集的滤纸纤维,总面积在1/3-1/2cm2者为3级。检验时,每个试样同时制备三块样板进行测定,以2块结果一致的级别为评定结果。
3.光泽度测定:
参考GB/T-9754进行测试,测试角度为60°。
4.防沉性测定:
实验环境设定为温度25.8℃,湿度70%,二氧化硅放在涂料中在室温放置10h之后对涂料的防尘性进行分析,结果见表1。
表1性能测试结果

Claims (10)

1.一种高性能二氧化硅的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
步骤一:向合成釜内加入5~10体积的水玻璃溶液,常温下,开启搅拌,加入1体积的体积浓度为10%的酸,加酸速率为800~1500L/h;
步骤二:将步骤一制得的浆料升温至60~100℃,恒温老化1~3小时后,洗涤;
步骤三:在步骤二洗涤期间,将质量百分比为50%~65%的改性剂加入反应釜中,设定温度100~130℃,待用;
步骤四:将步骤二洗涤好的物料送入离心干燥系统,干燥系统温度为300~400℃;同时,开启压力式雾化器,将步骤三中配好的改性剂,喷入干燥塔中,得高性能二氧化硅。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤一中水玻璃溶液的浓度为10~50Be。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤一中的酸为硫酸和/或磷酸。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤一中的水玻璃溶液与酸的体积比为7:1。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤三中的改性剂选自微粉蜡、低分子量树脂、松香树脂中的至少一种。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于:所述步骤四中的压力式雾化器的雾化压力为0.2~0.5MPa。
7.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述低分子量树脂为苯乙烯马来酸酐共聚物和/或聚酰胺环氧树脂。
8.如权利要求5所述的制备方法,其特征在于:所述微粉蜡选自聚乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯微粉蜡、氧化聚乙烯微粉蜡、聚全氟乙丙烯微粉蜡、聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡、聚偏氟乙烯微粉蜡中的至少一种。
9.如权利要求8所述的制备方法,其特征在于:所述微粉蜡选自聚乙烯微粉蜡、聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡、氧化聚乙烯微粉蜡中的至少一种。
10.一种如权利要求9所述的制备方法,其特征在于:所述微粉蜡为聚四氟乙烯改性聚乙烯微粉蜡和氧化聚乙烯微粉蜡。
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