專利名稱：聚合物包覆的納米聚硅微粒及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚合物包覆的納米聚硅微粒，同時還涉及一種制備該聚合物包覆的納米聚硅微粒的制備方法。
背景技術：
納米聚硅(或稱納米硅基氧化物)在作為油田采油、耐火材料、橡膠、塑料、涂料、紡織品、光電材料、潤滑油(酯)等填料或添加劑方面都有廣泛的應用，但現(xiàn)有的納米聚硅產(chǎn)品在非極性溶劑中不能分散或分散的效果不佳，從而很大程度上制約了其在以上領域中的應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種由聚合物包覆的納米聚硅微粒，以提高其在非極性溶劑中的分散性。
同時，本發(fā)明的目的還在于提供一種制備該聚合物包覆的納米聚硅微粒的制備方法。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案在于采用了一種聚合物包覆的納米聚硅微粒，將硅酸鈉進行水解，在反應介質存在的條件下，向溶液中加入聚合物單體，生成納米聚硅，加入有機酸對其表面進行修飾或吸附，在表面聚合反應形成一層聚合物，在25-100C的溫度下反應1-20小時，經(jīng)破乳、過濾、洗滌、干燥后即可制得白色固體粉末狀的聚合物包覆的納米聚硅微粒。
所述的有機酸和聚合物所占的質量百分比為5-80％。
同時，本發(fā)明的技術方案還在于提供一種聚合物包覆的納米聚硅微粒的制備方法，該方法包括以下步驟(1)用硅酸鈉進行水解，調節(jié)pH值大小為2-6，水解溫度為20-60℃；(2)在反應介質存在下，加入聚合物單體，在硅酸鈉水解形成的氧化硅表面發(fā)生聚合，聚合溫度為50-90℃，然后加入有機酸對其表面進行修飾或吸附，在25-100℃的溫度下反應1-20小時；(3)經(jīng)破乳、過濾、洗滌、干燥后得白色固體粉末，即為聚合物包覆的納米聚硅微粒。
步驟(1)的pH值調節(jié)劑可以為H2SO4。
所述的反應介質為四氫呋喃、C2-C20的脂肪酸、丙酮、環(huán)己烷、C2-C12的醇其單獨或組合與水的混合介質。
所述的反應介質優(yōu)選為乙醇與水的混合介質。
所述的聚合物單體為甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、二乙烯苯其中的一種或其組合。
所述的有機酸包括C4-C18的直鏈或支鏈烷基酸。
所述的有機酸與硅酸鈉的摩爾比為1∶0.1-10。
所述的表面包覆的聚合物與硅酸鈉的摩爾比為1∶0.1-10。
由于加入的聚合物單體在硅酸鈉水解形成的氧化硅表面發(fā)生聚合，形成可分散于非極性溶劑中的納米聚硅微粒，納米聚硅(或稱納米硅基氧化物)表面包覆的高分子聚合物，可以降低與非極性介質間的表面張力，因此易于在非極性溶劑中分散，本發(fā)明的納米聚硅可以作為油田在二次、三次采油時增加油井注水量的材料，同時還可作為耐火材料、橡膠、塑料、涂料、紡織品、光電材料、潤滑油(酯)等填料或添加劑，并且可以增強上述材料的韌性、強度、抗磨等性能。本發(fā)明所采用的制備方法為化學合成方法，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
將本發(fā)明所制備的聚合物包覆的納米聚硅微粒進行如下實驗靜態(tài)水接觸角測量采用CA-A型接觸角測定儀，檢測液為蒸餾水，測得納米聚硅(或稱納米硅基氧化物)表面包覆有高分子聚合物的接觸角平均大于95°，說明納米聚硅微粒表面為非極性，具有親油性。
分散性實驗將納米聚硅(或稱納米硅基氧化物)表面包覆有高分子聚合物納米微球配成2％的油分散液(溶液為液體石蠟、苯、柴油等)，均形成透明溶液，沉降時間大于30天，說明本發(fā)明所制備的樣品具有較好的油分散性。


圖1為本發(fā)明的實施例1所制備的納米聚硅微粒的TEM圖；圖2為本發(fā)明的實施例2所制備的納米聚硅微粒的TEM圖。
具體實施例方式
實施例1取200ml蒸餾水置于250ml的三頸瓶中，加入8.52g Na2SiO3·9H2O，攪拌至透明，過濾除去不溶物質，將濾液升溫至40℃，選用50％濃度的硫酸為pH值調節(jié)劑，調節(jié)溶液的pH值為5.0，加入1ml甲基丙烯酸反應2小時，向上述溶液中加入0.5g乳化劑和1.2ml甲基丙烯酸甲酯后，恒溫攪拌1小時，升溫至70℃，然后加入0.1g過硫酸鉀，反應3小時后，破乳，過濾，洗滌，干燥得到白色固體粉末，即為聚合物包覆的納米聚硅微粒。如圖1所示，在JEM-2010投射電子顯微鏡下進行形貌觀察，測得其粒徑范疇為納米尺度，其粒徑為50nm。
將本實施例所制備的聚合物包覆的納米聚硅微粒做分散性實驗將納米聚硅(或稱納米硅基氧化物)表面包覆有高分子聚合物納米微球配成2％的油分散液，其中溶液分別為液體石蠟、苯、柴油，實驗證明均形成透明溶液，沉降時間大于30天，說明本發(fā)明所制備的樣品具有較好的油分散性。
實施例2取150ml蒸餾水和50ml乙醇置于250ml的三頸瓶中，加入8.52gNa2SiO3·9H2O，攪拌至透明，過濾除去不溶物質，將濾液升溫至40℃，調節(jié)pH值為4.0，加入2ml油酸反應2小時，向上述溶液中加入2ml苯乙烯、二乙烯苯后，恒溫攪拌1小時，升溫至70℃，然后加入0.1g過硫酸鉀，反應3小時后，破乳，過濾，洗滌，干燥得到白色固體粉末，即為聚合物包覆的納米聚硅微粒。如圖2所示，在JEM-2010投射電子顯微鏡下對其進行進行形貌觀察，測得其粒徑范疇為納米尺度。
將本實施例所制備的聚合物包覆的納米聚硅微粒做分散性實驗將納米聚硅(或稱納米硅基氧化物)表面包覆有高分子聚合物納米微球配成2％的油分散液，其中溶液分別為液體石蠟、苯、柴油，實驗證明均形成透明溶液，沉降時間大于30天，說明本發(fā)明所制備的樣品具有較好的油分散性。
權利要求
1.一種聚合物包覆的納米聚硅微粒，其特征在于將硅酸鈉進行水解，在反應介質存在的條件下，向溶液中加入聚合物單體，生成納米聚硅，加入有機酸對其表面進行修飾或吸附，在表面聚合反應形成一層聚合物，經(jīng)破乳、過濾、洗滌、干燥后即可制得白色固體粉末狀的聚合物包覆的納米聚硅微粒。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚合物包覆的納米聚硅微粒，其特征在于所述的有機酸和聚合物所占的質量百分比為5-80％。
3.一種聚合物包覆的納米聚硅微粒的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)用硅酸鈉進行水解，調節(jié)pH值大小為2-6，水解溫度為20-60℃；(2)在反應介質存在下，加入聚合物單體，在硅酸鈉水解形成的氧化硅表面發(fā)生聚合，聚合溫度為50-90℃，然后加入有機酸對其表面進行修飾或吸附，在25-100℃的溫度下反應1-20小時；(3)經(jīng)破乳、過濾、洗滌、干燥后得白色固體粉末，即為聚合物包覆的納米聚硅微粒。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于步驟(1)的pH值調節(jié)劑可以為H2SO4。
5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于所述的反應介質為四氫呋喃、C2-C20的脂肪酸、丙酮、環(huán)己烷、C2-C12的醇其單獨或組合與水的混合介質。
6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于所述的反應介質優(yōu)選為乙醇與水的混合介質。
7.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的聚合物單體為甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯、二乙烯苯其中的一種或其組合。
8.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的有機酸包括C4-C18的直鏈或支鏈烷基酸。
9.根據(jù)權利要求3-8中任一條所述的制備方法，其特征在于所述的有機酸與硅酸鈉的摩爾比為1∶0.1-10。
10.根據(jù)權利要求9所述的制備方法，其特征在于所述的表面包覆的聚合物與硅酸鈉的摩爾比為1∶0.1-10。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合物包覆的納米聚硅微粒及其制備方法，將硅酸鈉進行水解，在反應介質存在的條件下，向溶液中加入聚合物單體，生成納米聚硅，加入有機酸對其表面進行修飾或吸附，在表面聚合反應形成一層聚合物，經(jīng)破乳、過濾、洗滌、干燥后即可制得白色固體粉末狀的聚合物包覆的納米聚硅微粒。本發(fā)明所制備的納米聚硅可以作為油田在二次、三次采油時增加油井注水量的材料，同時還可作為耐火材料、橡膠、塑料、涂料、紡織品、光電材料、潤滑油(酯)等填料或添加劑，并且可以增強上述材料的韌性、強度、抗磨等性能。
文檔編號C08G77/00GK1667024SQ20041001012
公開日2005年9月14日 申請日期2004年3月10日 優(yōu)先權日2004年3月10日
發(fā)明者李志偉, 周靜芳, 張治軍, 黨鴻辛 申請人:河南大學