專利名稱：六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改性二氧化硅技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅 及其制備方法。
背景技術(shù)：
納米Si02/聚合物復(fù)合材料是研究者們重點關(guān)注的研究體系。納米Si02粒子表面存在大
量羥基，表面活性很高，易于團聚，在有機聚合物中的分散性及與聚合物的界面粘結(jié)狀況不
好，因此需要對Si02粒子表面進(jìn)行改性以降低其表面活性從而改善其在聚合物中的分散及其 與聚合物材料的粘結(jié)。納米Si02表面改性方法主要有機械化學(xué)改性、外膜層改性、表面覆蓋
改性以及局部活性改性。
硅溶膠是無定形Si02聚集顆粒在水中均勻分散的膠體溶液，其主要成分是膠體形態(tài)的水
合Si02，膠粒大小一般為5 100nm。應(yīng)用硅溶膠與聚烯烴材料共混可改善Si02粒子在聚合物 材料基體中的分散性并提高聚烯烴的性能。但硅溶膠中的Si02聚集顆粒表面同樣存在大量的 羥基，疏水性能差，與有機聚合物材料共混時的親和性有待提高。

發(fā)明內(nèi)容
基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提高二氧化硅的疏水性能， 增強其與有機聚合物材料的表面親和力，以改善其在聚合物中的分散性及粘結(jié)性，提供一種 六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅及其制備方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案
按照摩爾份計算，本發(fā)明六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅是由六甲基二硅氮烷1 7份 加入到濃度為7. 24% 30. 7% (重量)的酸性硅溶膠10份中制備而成，其中酸性硅溶膠的摩爾 量以二氧化硅計算。
優(yōu)選的，上述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅是由六甲基二硅氮烷1 5份加入到濃度 為8. 96% 24. 83% (重量)的酸性硅溶膠10份中制備而成。
最佳的，前述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅是由六甲基二硅氮烷5份加入到濃度為 9.8% (重量)的酸性硅溶膠10份中制備而成。
前述的酸性硅溶膠的pH值為1 1. 3。
優(yōu)選的，前述酸性硅溶膠的pH值為l. 14。前述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制備方法取酸性硅溶膠，置于25 65。C的恒 溫水浴中，加入六甲基二硅氮烷，攪拌，反應(yīng)1 6小時，置于干燥箱中在80 12(TC干燥成 固體，研磨成細(xì)粉，在120 13(TC干燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
優(yōu)選的，上述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制備方法為取酸性硅溶膠，置于25 45。C的恒溫水浴中，以1滴/8 12秒的速度滴加六甲基二硅氮烷，450 600轉(zhuǎn)/分鐘的速度 攪拌，反應(yīng)1 3小時，置于真空干燥箱中在80 12(TC干燥成固體，研磨成細(xì)粉，在120 13(TC繼續(xù)干燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
最佳的，前述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制備方法為取酸性硅溶膠，置于35 。C的恒溫水浴中，以1滴/10秒的速度滴加六甲基二硅氮烷，500轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌，反應(yīng)2 小時，置于真空干燥箱中在10(TC干燥成固體，研磨成細(xì)粉，在125'C繼續(xù)干燥至恒重，即得 六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
硅溶膠是一種無機高分子材料，其膠粒(即二氧化硅分子)表面覆蓋了大量羥基，在酸 性條件下，利用六甲基二硅氮烷與二氧化硅分子表面所覆蓋的羥基間的脫水反應(yīng)將一 Si(CH3)3接枝到硅溶膠分子中，然后干燥，制備改性二氧化硅。
從附圖l可以看出，在2960.83cm—工處出現(xiàn)了一個很明顯的一CH3的C-H振動吸收峰，在 855. 40cm—工處也出現(xiàn)了一個較微小的峰，歸屬于Si-C振動吸收峰，同時在1080. 25cm—、 474. 27cm—、 800. 29cm—工處出現(xiàn)的三個峰，歸屬于Si-O-Si振動吸收峰，此傅立葉紅外光譜圖 即可充分說明一Si (CH3) 3已接枝到二氧化硅分子上。
從附圖2 (包括a、 b和c)可以看出，控制不同的反應(yīng)物摩爾比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間都 可使接枝率(接枝率以一Si(CH3)3占改性二氧化硅產(chǎn)物的質(zhì)量百分含量來表征)出現(xiàn)先升 后降的變化，其中當(dāng)n(HMDS)/n(Si Sols)為5:10、反應(yīng)溫度35。C、反應(yīng)時間為2h時，可使接 枝率達(dá)到最大。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用分子間脫水反應(yīng)將六甲基二硅氮烷中的一Si(CH3)3基團接 枝到硅溶膠分子中，使得硅溶膠的膠粒表面布滿一Si (CH3)3基團，經(jīng)干燥制得改性二氧化硅 ，有效提高了二氧化硅的疏水性能，從而大大提高了二氧化硅與有機聚合物之間的親和性， 擴大了 二氧化硅在有機聚合物中的應(yīng)用。


圖l是六甲基二硅氮烷接枝硅溶膠的傅立葉紅外光譜圖2 (a)是六甲基二硅氮烷(HMDS)和硅溶膠(Si Sols)的摩爾比對接枝率的影響，其中，硅溶膠的摩爾量以二氧化硅計算；
圖2 (b)是反應(yīng)溫度(°C)對接枝率的影響； 圖2 (c)是反應(yīng)時間(h)對接枝率的影響。
具體實施例方式
以下僅用優(yōu)選實施方式為例對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行具體闡述，在技術(shù)方案所述范圍內(nèi) 均可得到六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
取質(zhì)量濃度為9.8%、 pH值為l. 14的硅溶膠100g，倒入三口燒瓶中，將反應(yīng)體系置于35。C 的恒溫水浴槽中，在三口燒瓶中插入電動攪拌棒、溫度計和直形冷凝管。取50g六甲基二硅 氮烷(HMDS)，置于滴液漏斗中，設(shè)定HMDS的滴加速度平均為ld/10s (以保持反應(yīng)溫度恒定 )、攪拌棒的攪拌速度為500r/min，并開啟冷凝水回流。滴加HMDS，反應(yīng)2小時后，置于真 空干燥箱中在10(TC干燥成固體，研磨成細(xì)粉，隨后在125'C繼續(xù)干燥至恒重，即得六甲基二 硅氮烷接枝改性二氧化硅。
所得的改性二氧化硅具有很好的疏水性能，可廣泛應(yīng)用于有機聚合物材料例如聚烯烴的 共混改性。
權(quán)利要求
權(quán)利要求1一種六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅，其特征在于按照摩爾份計算，它是由六甲基二硅氮烷1～7份加入到濃度為7.24％～30.7％(重量)的酸性硅溶膠10份中制備而成，其中酸性硅溶膠的摩爾量以二氧化硅計算。
2. 按照權(quán)利要求l所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅，其特征在 于按照摩爾份計算，它是由六甲基二硅氮烷1 5份加入到濃度為8.96% 24.83% (重量) 的酸性硅溶膠10份中制備而成。
3. 按照權(quán)利要求2所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅，其特征在 于按照摩爾份計算，它是由六甲基二硅氮烷5份加入到濃度為9.8% (重量)的酸性硅溶膠 IO份中制備而成。
4. 按照權(quán)利要求1至3任一所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅， 其特征在于所述酸性硅溶膠的pH值為1 1.3。
5. 按照權(quán)利要求4所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅，其特征在 于所述酸性硅溶膠的pH值為l. 14。
6. 權(quán)利要求1至5任一所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制備 方法，其特征在于取酸性硅溶膠，置于25 65。C的恒溫水浴中，加入六甲基二硅氮烷，攪 拌，反應(yīng)1 6小時，置于干燥箱中在80 12(TC干燥成固體，研磨成細(xì)粉，在120 13(TC干 燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
7. 按照權(quán)利要求6所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制備方法 ，其特征在于取酸性硅溶膠，置于25 45'C的恒溫水浴中，以1滴/8 12秒的速度滴加六 甲基二硅氮烷，450 600轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌，反應(yīng)1 3小時，置于真空干燥箱中在80 12(TC干燥成固體，研磨成細(xì)粉，在120 13(TC繼續(xù)干燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝 改性二氧化硅。
8. 按照權(quán)利要求7所述六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅的制備方法 ，其特征在于取酸性硅溶膠，置于35'C的恒溫水浴中，以1滴/10秒的速度滴加六甲基二硅氮烷，500轉(zhuǎn)/分鐘的速度攪拌，反應(yīng)2小時，置于真空干燥箱中在10(TC干燥成固體，研磨成 細(xì)粉，在125'C繼續(xù)干燥至恒重，即得六甲基二硅氮烷接枝改性二氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種六甲基二硅氮烷接枝改性硅溶膠及其制備方法，它是由六甲基二硅氮烷在恒溫條件加入到酸性硅溶膠中，將反應(yīng)產(chǎn)物干燥制備而成，本發(fā)明利用分子間脫水反應(yīng)將六甲基二硅氮烷中的-Si(CH₃)₃基團接枝到硅溶膠分子中，使得硅溶膠的膠粒表面布滿-Si(CH₃)₃基團，有效提高了硅溶膠的疏水性能，從而大大提高了硅溶膠與有機聚合物之間的親和性，擴大了硅溶膠在有機聚合物中的應(yīng)用。
文檔編號C08K9/00GK101429290SQ20081030655
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者杰 于, 楊 劉, 偉 李, 智 胡, 魯圣軍 申請人:國家復(fù)合改性聚合物材料工程技術(shù)研究中心