本發(fā)明涉及一種疏水氣相納米二氧化硅及其制備方法與應(yīng)用，屬于粉體加工制備。

背景技術(shù)：

1、氣相納米二氧化硅是通過氯硅烷在氫氣和氧氣混合氣氛中高溫?zé)峤舛?，由于其粒徑小、比表面積大的特性，廣泛應(yīng)用于樹脂增稠劑、消光劑、補強(qiáng)劑、化妝品、墨粉等領(lǐng)域。熱解法制備的二氧化硅表面殘余大量硅羥基，表現(xiàn)出親水疏油性，在眾多應(yīng)用場景中，需先進(jìn)行疏水處理，降低原生粒子之間的相互作用力，從而改善氣相納米二氧化硅與有機(jī)分子之間的潤濕性，提高粒子的分散性和材料的綜合性能。

2、然而，傳統(tǒng)的表面疏水處理氣相納米二氧化硅與親水氣相納米二氧化硅一樣，保持著較低的振實密度，在使用過程中存在如下缺點：一是施工性差，在應(yīng)用過程中不易操作且易揚塵；二是低的振實密度必然導(dǎo)致高的運輸和存儲成本；三是增稠性過強(qiáng)，無法實現(xiàn)高填充需求，在很多體系中需要其他補強(qiáng)劑復(fù)合使用，而其他補強(qiáng)劑往往會極大損失體系的透明性。

3、公開號為us4877595a的美國專利公開了一種壓制熱解法制備硅酸的方法，該種方法通過真空壓縮排除粉體空隙中的空氣，可以有效地提高氣硅的振實密度，解決揚塵問題，但無法提高氣硅的填充比例和補強(qiáng)性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種疏水氣相納米二氧化硅及其制備方法與應(yīng)用，以解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明的目的之一在于提供一種疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：將雙螺桿設(shè)備的捏合加熱段進(jìn)行預(yù)熱；

5、s2：將親水氣相納米二氧化硅和表面處理劑輸送到雙螺桿設(shè)備的輸送段中，進(jìn)行初步混合；

6、s3：然后將初步混合的粉體輸送到雙螺桿設(shè)備的捏合加熱段，進(jìn)行化學(xué)接枝反應(yīng)和壓縮捏合。

7、在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)：

8、進(jìn)一步地，步驟s1中的預(yù)熱溫度為50-300℃。優(yōu)選預(yù)熱溫度為80-150℃。

9、進(jìn)一步地，步驟s2中，所述表面處理劑的重量占親水氣相納米二氧化硅的5-30%。優(yōu)選表面處理劑的重量占親水氣相納米二氧化硅的8-20%。

10、進(jìn)一步地，步驟s2中的表面處理劑為硅氮烷和/或有機(jī)硅烷。

11、進(jìn)一步地，所述硅氮烷為六甲基二硅氮烷；所述有機(jī)硅烷包括但不限于二甲基二氯硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷；所述有機(jī)硅烷具有以下結(jié)構(gòu)：

12、

13、其中r1、r2、r3為以下基團(tuán)的任意一種：鹵代基（cl、br）、烷基（如甲基、乙基、正丙基、異丙基、丁基、異丁基等）、環(huán)烷基、烷氧基（如甲氧基、乙氧基、丙氧基等）。

14、m為0-20之間任意數(shù)值。

15、r4為以下基團(tuán)的任意一種：甲基、乙烯基、甲基丙烯酰氧基、烷氧基（如甲氧基、乙氧基、丙氧基等）、芳基（如苯基、含取代基的苯基）、-c4f9、-ocf2-chf-cf3、c6f13、-o-cf2-chf2、-nh2、-n3、-scn、-nh-ch2-ch2-nh2、-n-(ch2-ch2-nh2)2、-ooc(ch3)c=ch2、-och2-ch(o)ch2、-nh-co-n-co-(ch2)5、-nh-coo-ch3、-nh-coo-ch2-ch3、-nh-(ch2)3si(or)3(其中r為烷基)、-sx-(ch2)3si(or)3(其中x為1-2，r為烷基）、-sh。

16、進(jìn)一步地，所述雙螺桿設(shè)備采用陶瓷套筒和陶瓷元件。

17、進(jìn)一步地，所述親水氣相納米二氧化硅的比表面積為40-380m2/g。

18、進(jìn)一步地，所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法還包括步驟s4：將壓縮捏合后的粉體通過雙螺桿設(shè)備的出料口經(jīng)過氣力輸送管道輸送到打包料筒進(jìn)行打包。

19、本發(fā)明的目的之二在于提供一種疏水氣相納米二氧化硅，采用上述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法制備。

20、本發(fā)明的目的之三在于提供一種所述的疏水氣相納米二氧化硅在制備有機(jī)硅橡膠彈性體中的應(yīng)用。

21、本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

22、本發(fā)明采用雙螺桿混料工藝，使氣相納米二氧化硅在雙螺桿設(shè)備中實現(xiàn)壓縮達(dá)到高振實密度的目的，氣相二氧化硅常規(guī)振實密度是60g/l，而本發(fā)明雙螺桿處理后可達(dá)200-300g/l，在包裝、運輸過程中占用空間減小，在后期使用過程中提高施工性、減少揚塵；

23、本發(fā)明的雙螺桿設(shè)備產(chǎn)生的擠壓力和剪切力，與現(xiàn)有的高溫高壓反應(yīng)釜的高壓完全不同，本發(fā)明使用的雙螺桿設(shè)備扭矩可輕易達(dá)到4000n·m以上，本發(fā)明需要通過高剪切力使納米粉體團(tuán)聚打開，使得內(nèi)部的羥基暴露出來，才能達(dá)到高填充、高補強(qiáng)、高透明的效果；而高溫高壓反應(yīng)釜的攪拌剪切力有限，工業(yè)攪拌釜攪拌槳扭矩不超過500n·m，并且，高溫高壓反應(yīng)釜存在密封的問題，通過向密封的釜體內(nèi)充入高壓氣體才能實現(xiàn)高壓，高溫高壓反應(yīng)釜通常無法用于純固相的反應(yīng)體系，需要向釜體內(nèi)加入溶劑，應(yīng)用方向是溶劑熱反應(yīng)、水熱反應(yīng)等，若將高溫高壓反應(yīng)釜用于純粉體加工，由于粉體會出現(xiàn)揚塵，無論密封元件在哪個位置，可以預(yù)見會出現(xiàn)粉體堵塞密封元件的問題；而本發(fā)明使用的雙螺桿設(shè)備的套筒設(shè)計是一體的，且由于沒有氣密性要求，不存在粉體堵塞密封元件的問題；

24、本發(fā)明在雙螺桿的剪切捏合過程中，親水氣相納米二氧化硅的納米顆粒團(tuán)聚體被打開，顆粒與顆粒之間被隱藏的羥基被暴露出來后，與表面處理劑接枝，使殘余羥基得到更好的消除，從而在膠粘劑、橡膠領(lǐng)域使疏水氣相納米二氧化硅與基體的極性更匹配，透明度更高；

25、納米顆粒之間由于范德華力、靜電吸附等相互作用，使得顆粒與顆粒團(tuán)聚，難以分開，在使用過程中，通常需要通過分散盤、球磨等分散方式使氣相二氧化硅分散開，本發(fā)明工藝通過雙螺桿強(qiáng)剪切作用，強(qiáng)行將吸附在一起的納米顆粒分散開，再進(jìn)行疏水化學(xué)接枝，接枝后的粉體由于化學(xué)基團(tuán)的空間位阻作用而不再強(qiáng)烈吸附在一起，在使用過程中可以在基體中均勻分散，與基體極性更匹配，透明度更高，填充比例也更高；常規(guī)工藝使用的高溫反應(yīng)釜沒有強(qiáng)剪切作用，無法將吸附在一起的親水氣硅分散開，納米顆粒之間的吸附面無法被化學(xué)接枝改性；

26、并且，雙螺桿設(shè)備在壓縮捏合的過程中，同時對疏水氣相納米二氧化硅粉體進(jìn)行加熱處理，壓縮后的粉體后可直接進(jìn)行打包，實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)；常規(guī)工藝使用的高溫反應(yīng)釜都是批次生產(chǎn)，而本發(fā)明使用的雙螺桿可連續(xù)進(jìn)料和連續(xù)出料，實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。

27、本發(fā)明的雙螺桿設(shè)備通過采用陶瓷材料制作套筒和捏合元件，避免了因摩擦產(chǎn)生的金屬磨屑污染的問題，同時在捏合階段可以進(jìn)行加熱處理，可實現(xiàn)連續(xù)化混料生產(chǎn)過程。

技術(shù)特征：

1.一種疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，步驟s1中的預(yù)熱溫度為50-300℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述表面處理劑的重量占親水氣相納米二氧化硅的5-30%。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，步驟s2中的表面處理劑為硅氮烷和/或有機(jī)硅烷。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，所述硅氮烷為六甲基二硅氮烷；所述有機(jī)硅烷具有以下結(jié)構(gòu)：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，所述雙螺桿設(shè)備采用陶瓷套筒和陶瓷元件。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，所述親水氣相納米二氧化硅的比表面積為40-380㎡/g。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法，其特征在于，還包括步驟s4：將壓縮捏合后的粉體通過雙螺桿設(shè)備的出料口經(jīng)過氣力輸送管道輸送到打包料筒進(jìn)行打包。

9.一種疏水氣相納米二氧化硅，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-8任一項所述的疏水氣相納米二氧化硅的制備方法制備。

10.一種如權(quán)利要求9所述的疏水氣相納米二氧化硅在制備有機(jī)硅橡膠彈性體中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種疏水氣相納米二氧化硅及其制備方法與應(yīng)用，屬于粉體加工制備技術(shù)領(lǐng)域；所述制備方法包括以下步驟：S1：將雙螺桿設(shè)備的捏合加熱段進(jìn)行預(yù)熱；S2：將親水氣相納米二氧化硅和表面處理劑輸送到雙螺桿設(shè)備的輸送段中，進(jìn)行初步混合；S3：然后將初步混合的粉體輸送到雙螺桿設(shè)備的捏合加熱段，進(jìn)行化學(xué)接枝反應(yīng)和壓縮、捏合。本發(fā)明采用雙螺桿混料工藝，使氣相納米二氧化硅在雙螺桿設(shè)備中實現(xiàn)壓縮達(dá)到高振實密度的目的，同時具有高填充、高透明以及高補強(qiáng)性，并且雙螺桿設(shè)備在壓縮、捏合的過程中，對疏水氣相納米二氧化硅粉體進(jìn)行加熱處理，壓縮后的粉體后可直接進(jìn)行打包，可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：周旭升,周益,丁高鋒,張秋婭,陳慶渺,隋曉鋒,劉學(xué)超
受保護(hù)的技術(shù)使用者：應(yīng)星新材料（煙臺）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6