專利名稱：有機硅材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精細化工中材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種有機硅材料的制備方法。
背景技術(shù)：
有機硅材料是一組功能獨特、性能優(yōu)異的化工新材料，具有耐低/高溫、耐老化、耐化學(xué)腐蝕性、絕緣、不燃等性能，產(chǎn)品種類繁多，應(yīng)用非常廣泛；有機硅材料被譽為“工業(yè)味精”，在軍工等一些領(lǐng)域具有無可替代的作用。硅酸鋁鹽或其聚合物是近幾年發(fā)展起來的一種新型功能材料，該新型材料憑借其特殊的結(jié)構(gòu)，精細的微粒和純白的外觀，可廣泛應(yīng)用于水處理及涂料、塑料、橡膠等產(chǎn)品添加劑，不僅降低成本，還提高上述產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性。有機硅材料的單體主要指二甲基二氯硅烷，在生產(chǎn)過程中有約14%左右的副產(chǎn)物——甲基三氯硅烷，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有完全將其開發(fā)利用，且該副產(chǎn)物易燃、有毒、處理難度較大，給環(huán)境和安 全帶來隱患，將其合理有效的利用是具有重要意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，是提供一種有機硅材料的制備方法，該制備方法具有實驗設(shè)備簡單、工藝流程短、切合實際生產(chǎn)應(yīng)用，綠色環(huán)保等特點；所制得的有機硅材料具有特殊的結(jié)構(gòu)，精細的微粒，極好的懸浮性和純白的外觀，可部分代替鈦白粉和硅酸鋁的應(yīng)用。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
一種有機硅材料的制備方法，它按照以下步驟順序進行
(O原料的水解
以甲基三氯硅烷為原料，加入水后，甲基三氯硅烷與水在常溫下進行水解，得到白色絮狀聚合甲基硅醇；
(2)聚合甲基硅醇的活化
將上述聚合甲基硅醇水洗至pH為5 6，90°C干燥，100 400°C在馬弗爐中加熱活化2h 4h ;得到活化后的聚合甲基硅醇；
(3)可溶性硅溶液的制備
按質(zhì)量比為8 5:2 4把氫氧化鈉和活化后的甲基硅醇混合均勻，再加入8 1:1的水一乙醇溶液作為反應(yīng)溶劑，60 80°C加熱并攪拌，直至澄清透亮，得可溶性硅溶液；
(4)水合鋁離子的制備
用35%的氫氧化鈉溶液加熱溶解氫氧化鋁或鋁鹽，得澄清透亮水合鋁離子溶液；
(5)有機硅材料的制備
將水合鋁離子溶液攪拌加熱至20 80°C，緩慢滴加可溶性硅溶液，直至不產(chǎn)生白色沉淀為止，再繼續(xù)攪拌加熱O. 5h，將該混合物靜置陳化8 12小時，過濾，干燥，得超細白色粉末廣品一有機娃材料。
作為本發(fā)明的一種限定，步驟(4)中的鋁鹽為氫氧化鋁或含鋁離子的廢液。作為對上述方式的限定，步驟(4)中的加熱溫度為20 50°C，控制pH值10 13。通過如上方法制備獲得的有機硅材料包括以下每百份計的化學(xué)元素組成
硅元素含量 28. 4 38.4， 鋁元素含量 13. 7 20.0，
鈉元素含量 4. O 6. 2,碳元素含量 12. 2 16. O,
氫元素含量 3. 04 4.0，余量為氧元素。其中，硅元素與氧元素結(jié)合，鋁元素與氧元素結(jié)合，鈉元素也與氧元素結(jié)合，碳元素和氫元素結(jié)合，以甲基的形式存在；產(chǎn)物中有O— H，Si—o, S1-CH3, Si—O—Si, Si—O—Al, S1-O-Na等結(jié)構(gòu)，終產(chǎn)物是以鋁原子為中心原子的二嚙或三嚙配合物的聚合形式存在。將上述制得的有 機硅材料利用相應(yīng)的儀器進行表征，其物理特性及形貌如下所示
白度為92 99%，堆積密度O. 25 O. 27g/cnT3，平均團聚粒徑為2 5 μ m，元級粒徑為O. 3 O. 5 μ m，不溶于水，耐強堿，分解溫度為700°C 1000°C，熱穩(wěn)定性良好。由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，所取得的技術(shù)進步在于
(1)有機硅生產(chǎn)構(gòu)成循環(huán)經(jīng)濟體系，廢物利用和新產(chǎn)品的研發(fā)，其經(jīng)濟、環(huán)保效益十分顯著，將有機硅單體生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物一甲基三氯硅烷合理有效的利用，制備出有機硅材料一甲基硅酸鋁，該有機硅材料具有特殊的結(jié)構(gòu)，精細的微粒，極好的懸浮性和純白的外觀，可部分代替鈦白粉和硅酸鋁應(yīng)用于涂料、塑料、橡膠等產(chǎn)品添加劑。其化學(xué)元素含量具有低硅鋁比，較現(xiàn)有的硅酸鋁，元素鋁含量增加，元素硅減少，硅和鋁的物質(zhì)量之比接近于2:1，鈉含量較低，且含疏水基團甲基，關(guān)鍵是產(chǎn)品中沒有鐵元素和其它重金屬，以及高價強氧化性元素，無毒等特點；
(2)該制備方法具有切合實際生產(chǎn)應(yīng)用，經(jīng)濟適用，綠色環(huán)保等特點；
(3)在制備聚合甲基硅醇的過程中會產(chǎn)生氯化氫，可進行回收利用，作為合成氯甲烷的原料；
(4)采用本發(fā)明所提供的制備方法所制得的有機硅材料較現(xiàn)有的鈦白粉和硅酸鋁具有白度高，光散射性能好，平均團聚粒徑小，懸浮性好，有良好的抗沉降性，超微特性及高分散性能，無毒，生產(chǎn)成本低廉等特點。本發(fā)明適用于涂料、塑料、橡膠等產(chǎn)品添加劑的使用。本發(fā)明下面將結(jié)合具體實施例作進一步詳細說明。
具體實施例方式實施例1
一種有機硅材料的制備方法，它按照以下步驟順序進行
(O原料的水解
以2mL甲基三氯硅烷為原料，加入5mL水后，甲基三氯硅烷與水在常溫下進行水解，立即產(chǎn)生白色絮狀物，同時產(chǎn)生氯化氫氣體，采用特定循環(huán)裝置回收產(chǎn)生的氯化氫氣體，過濾白色絮狀物得4g聚合甲基硅醇。其中產(chǎn)生的氯化氫，可進行回收利用，作為合成氯甲烷的原料。
(2)聚合甲基硅醇的活化
將4g聚合甲基硅醇水洗至pH為6，90°C干燥，300°C在馬弗爐中加熱活化3h ;得到活化后的聚合甲基硅醇3. 5g。(3)可溶性硅溶液的制備
把質(zhì)量比為2:1的氫氧化鈉和活化后的甲基硅醇即2g氫氧化鈉和Ig活化后的甲基硅醇混合均勻，再加入6:1的水一乙醇溶液作為反應(yīng)溶劑，60°C加熱并攪拌，直至澄清透亮，得可溶性硅溶液IOOmL,固含量約20%。(4)水合鋁離子的制備
用35%的600mL氫氧化鈉溶液在50°C加熱溶解20g氫氧化鋁，調(diào)節(jié)pH值為12，得澄清透亮水合鋁離子溶液，制得的水合鋁離子溶液的濃度約為O. 6mol/L。(5)有機硅材料的制備
將IOmL上述水合鋁離子溶液攪拌加熱至50°C，往其中緩慢滴加30mL可溶性硅溶液，直至不產(chǎn)生白色沉淀為止，再繼續(xù)攪拌加熱O. 5h，將該混合物靜置陳化10h，過濾，干燥，得O. 54g超細白色粉末產(chǎn)品一有機硅材料即甲基硅酸鋁。本實施例所制得有機硅材料利用相應(yīng)的儀器進行表征，結(jié)果其物理特性及形貌如下所示
白度為97%，堆積密度為O. 27g/cm_3，平均團聚粒徑為3 μ m,元級粒徑為O. 4 μ m，不溶于水，耐強堿，分解溫度為750°C，熱穩(wěn)定性良好。本實施例中所制得的有機硅材料經(jīng)檢測包括以下每百份計的化學(xué)元素組成
娃元素含量 31.8,招元素含量 13.7,
鈉元素含量 5. 5,碳元素含量 13. 5,
氫元素含量 3.5，余量為氧元素。所述的有機硅材料中硅元素與氧元素結(jié)合，鋁元素與氧元素結(jié)合，鈉元素也與氧元素結(jié)合，碳元素和氫元素結(jié)合，以甲基的形式存在；產(chǎn)物中有O— H，Si—0, S1-CH3, Si—O-Si, Si—O—Al, Si—O— Na等結(jié)構(gòu)，終產(chǎn)物主要是以鋁原子為中心原子的二嚙或三嚙配合物的聚合形式存在。產(chǎn)品中的有機基團甲基和硅原子相連，硅和鋁通過氧原子結(jié)合，硅和鈉也通過氧原子結(jié)合，該產(chǎn)物的宏觀形態(tài)是聚合產(chǎn)品，其中的二嚙或三嚙結(jié)合是隨機的。實施例2-5 實施例2-5分別為一種有機娃材料的制備方法,其制備方法與實施例1的不同之處僅在于所涉及的參數(shù)、制備出的有機硅材料的元素含量和產(chǎn)品的表征結(jié)果，如下表所示
權(quán)利要求
1.ー種有機硅材料的制備方法，其特征在于它按照以下步驟順序進行 (1)原料的水解 以甲基三氯硅烷為原料，加入水后，甲基三氯硅烷與水在常溫下進行水解，得到白色絮狀聚合甲基硅醇； (2)聚合甲基硅醇的活化 將上述聚合甲基硅醇水洗至pH為5 6，90°C干燥，100 400°C在馬弗爐中加熱活化2h 4h ;得到活化后的聚合甲基硅醇； (3)可溶性硅溶液的制備 按質(zhì)量比為8 5:2 4把氫氧化鈉和活化后的甲基硅醇混合均勻，再加入8 1:1的水ーこ醇溶液作為反應(yīng)溶剤，60 80°C加熱并攪拌，直至澄清透亮，得可溶性硅溶液； (4)水合鋁離子的制備 用35%的氫氧化鈉溶液加熱溶解氫氧化鋁或鋁鹽，得澄清透亮水合鋁離子溶液； (5)有機硅材料的制備 將水合鋁離子溶液攪拌加熱至20 80°C，緩慢滴加可溶性硅溶液，直至不產(chǎn)生白色沉淀為止，再繼續(xù)攪拌加熱0. 5h，將該混合物靜置陳化8 12小吋，過濾，干燥，得超細白色粉末廣品一有機娃材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備有機硅材料的方法，其特征在于步驟(4)中的鋁鹽為氫氧化鋁或含鋁離子的廢液。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機硅材料的制備方法，其特征在于步驟(4)中的加熱溫度為20 50°C，控制pH值10 13。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種有機硅材料的制備方法,該制備方法采用水解原料、聚合甲基硅醇的活化、可溶性硅溶液的制備、水合鋁離子的制備和有機硅材料的制備等步驟，具有實驗設(shè)備簡單、工藝流程短、切合實際生產(chǎn)應(yīng)用，環(huán)境污染小以及低能耗等特點。采用本發(fā)明提供的有機硅材料的制備方法所制得的有機硅材料具有特殊的結(jié)構(gòu)，精細的微粒，極好的懸浮性和純白的外觀，可部分代替鈦白粉或硅酸鋁的應(yīng)用。本發(fā)明適用于涂料、塑料、橡膠等產(chǎn)品添加劑的使用。
文檔編號C07F7/08GK103044478SQ201210533200
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者張光霞, 張巧云, 陳澤民 申請人:廊坊師范學(xué)院