專利名稱：一種納米二氧化硅乳液及其制造方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米二氧化硅乳液其及制造方法和用途。
背景技術(shù)：
近年來，人們對納米二氧化硅的制備和應(yīng)用都作了大量的研究，隨著納米二氧化硅生產(chǎn)技術(shù)的逐步成熟，眾多的研究力圖把納米二氧化硅應(yīng)用于各個領(lǐng)域中，但由于納米二氧化硅的分散問題，影響了改性效率和改性作用的充分發(fā)揮，也制約了納米二氧化硅的進一步推廣應(yīng)用，納米二氧化硅在水性溶劑中的應(yīng)用大體如下。
《精細化工》二00二年八月(第十九卷第八期)公開的“微乳液制備條件對納米SiO2粒子形貌和粒徑分布的影響”一文中，描述了一種納米SiO2的微乳液，該微乳液包括表面活性劑(TritonX-100)、正辛醇、環(huán)乙烷、水，在連續(xù)油相中，通過表面活性劑和助表面活性劑為界面膜，生成W/O型微乳液，在其中，該微乳液作為微型反應(yīng)器，由正硅酸乙酯(TEOS)水解反應(yīng)的納米SiO2。其方法為TritonX-100和正辛醇混合，再加環(huán)乙烷，超聲波振蕩均勻，成渾濁乳狀液，然后滴加水至得到所需W/O微乳液，然后通過滴加正硅酸乙酯，在該微乳液內(nèi)使其水解生產(chǎn)成納米SiO2，但該微乳液為油包水結(jié)構(gòu)，而且被包覆的是納米SiO2含水凝膠，不能直接作水性物質(zhì)的納米二氧化硅的改性材料。
另外，《化工新型材料》(第二十八卷第22至24頁)公開了“納米SiOX在涂料中的分散作用”一文，文獻描述了納米SiOx表面疏水性和表面兩親性改性(化學(xué)改性)后，經(jīng)物理分散應(yīng)用于水性涂料中。但該種納米SiOX改性水性涂料的方法存在以下不足一是納米SiOX經(jīng)化學(xué)改性和物理改性后，大大提高了納米SiOX的分散性能，但由于納米SiOX粒子間的范得華力的作用而團聚，使其的分散性受到了限制；二是由于納米SiOX分散性不足，導(dǎo)致納米SiOX加入量的增加，使成本上升三是應(yīng)用企業(yè)在使用時需增加工藝步驟，同時還要添置相關(guān)專用設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明擬解決的問題是提供一種能把納米SiOX分散到水性溶液中，具有良好分散性的納米二氧化硅乳液，以及乳液的制備方法和該乳液的使用方法。
為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種納米二氧化硅乳液，它含有納米二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑、表面活性劑和水；所述納米二氧化硅與所述硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合為一種疏水型微粒，所述疏水型微粒被所述表面活性劑包覆而分散于水中。
所述納米二氧化硅含量為5％～20％，所述表面活性劑含量為5％～15％，所述硅烷偶聯(lián)劑的含量為納米二氧化硅量的0.2％～15％。
上述表面活性劑是適宜于制水包油乳液的乳化劑。
上述納米二氧化硅乳液的制造方法
a、在二氧化硅在水中的膠體溶液中加入可溶于水的醇；b、在混合物a中加入硅烷偶聯(lián)劑；c、在混合物b中加入表面活性劑和水。
上述納米二氧化硅乳液的另一種制造方法a在納米二氧化硅凝膠中加入可溶于水的醇或所述醇的水溶液；b在混合物a中加入硅烷偶聯(lián)劑；c在混合物b中加入表面活性劑和水。
前述納米二氧化硅乳液的使用方法通過將所述納米二氧化硅乳液其直接加入到水性涂料中，用于水性涂料的改性。其加入量為水性涂料的1％～30％。
由于本發(fā)明的納米二氧化硅乳液，它含有納米二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑、表面活性劑和水；而且納米二氧化硅與所述硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合為一種疏水型微粒，所述疏水型微粒被所述表面活性劑包覆而分散于水中。這種結(jié)構(gòu)使疏水型納米二氧化硅微粒具備良好的親水性，同時具有良好的分散性和穩(wěn)定性。另外，前述兩種納米二氧化硅乳液的制造方法為形成納米二氧化硅與所述硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合為一種疏水型微粒，所述疏水型微粒被所述表面活性劑包覆而分散于水中的結(jié)構(gòu)提供了保障，兩種方法中加入可溶于水的醇，有利于反應(yīng)的穩(wěn)定和反應(yīng)速度的加快。最后，由于本發(fā)明的乳液為一種親水的物質(zhì)，通過加入到水性涂料，使水性涂料得到納米二氧化硅的改性，改進水性涂料的光學(xué)性能、抗老化性能、耐洗性能和改善水性涂料的懸浮穩(wěn)定性、流變性和自潔性。
具體實施例方式
一、納米二氧化硅乳液本發(fā)明的納米二氧化硅乳液，含有納米二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑、表面活性劑和水；所述納米二氧化硅與所述硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合為一種疏水型微粒，所述疏水型微粒被所述表面活性劑包覆而分散于水中。所述乳液的納米二氧化硅含量為5％～20％，所述表面活性劑含量為5％～15％，所述硅烷偶聯(lián)劑的含量為納米二氧化硅量的0.2％～15％。上述硅烷偶聯(lián)劑是一類具有親水親油兩性結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，其分子一端的基團可與納米二氧化硅的硅醇基反應(yīng)形成牢固的化學(xué)鍵，另一基團則具有親油性。所述硅烷偶聯(lián)劑與二氧化硅結(jié)合為一種疏水型微粒狀態(tài)存在，本發(fā)明所述硅烷偶聯(lián)劑在二氧化硅乳液的含量僅指配制本發(fā)明乳液硅烷偶聯(lián)劑的加入量。本發(fā)明所述表面活性劑為適宜制取水包油乳液的乳化劑。表面活性劑的親油基一端吸附在與硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)生成的疏水型納米二氧化硅微粒上，形成一包覆膜，使其能較好地分散于水性溶劑中，得到本發(fā)明所述乳液。
本發(fā)明所述的硅烷偶聯(lián)劑和表面活性劑并不限于一定的品種和型號。為論述方便，下面的實施例均以市售的硅烷偶聯(lián)劑A-187[γ-(2，3-環(huán)氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷和表面活性劑Tween 60(聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯)舉例說明。
二、本發(fā)明納米二氧化硅乳液的制造方法。
實施例1取二氧化硅含量為25％的膠體溶液(硅溶膠，有市售)200克，加入工業(yè)乙二醇100克，配合成混合物，混合均勻后，在上述混合物中加入A-187硅烷偶聯(lián)劑5克，混合半小時后，加入Tween 60表面活性劑50克，然后加水至乳液的總量為1000克。
如膠體溶液中二氧化硅含量不是25％，則換算稱取二氧化硅凈含量相等的膠體溶液。以下實施例均同。
實施例2取二氧化硅含量為25％的膠體溶液(硅溶膠，有市售)800克，加入工業(yè)乙二醇100克，配合成混合物，混合均勻后，在上述混合物中加入A-187硅烷偶聯(lián)劑20克，混合半小時后，加入Tween 60表面活性劑50克，然后加水至乳液的總量為1000克。
實施例3取二氧化硅含量為25％的膠體溶液(硅溶膠，有市售)400克，加入工業(yè)乙二醇100克，配合成混合物，混合均勻后，在上述混合物中加入A-187硅烷偶聯(lián)劑10克，混合半小時后，加入Tween 60表面活劑50克，然后加水至乳液的總量為1000克。
按照實施例1-3中，加入的表面活性劑Tween 60(聚氧乙烯失水山梨醇單硬脂酸酯)改為任何一種適宜于制水包油結(jié)構(gòu)的乳化劑，其加入量還可以是100克或150克，其它操作不變，仍可為本發(fā)明的保護范圍。
上述實施例中，最后加入表面活性劑，然后加水至乳液的總量為1000克，可以先將表面活性劑和水混合后加入。
實施例4取含二氧化硅50克的凝膠，加入工業(yè)乙二醇100克和150克水，配合成混合物，混合均勻后，在上述混合物中加入A-187硅烷偶聯(lián)劑5克，混合半小時后，加入表面活性劑50克，然后加水至乳液的總量為1000克。
上述二氧化硅凝膠由硅酸鈉或硅酸乙酯或硅溶膠經(jīng)凝膠或沉淀反應(yīng)制得。
按照實施例4，改變二氧化硅凝膠加量，含二氧化硅為100克或150克，加入的表面活性劑改為100克或150克，其它操作不變，仍可為本發(fā)明的實施例。同時最后加入表面活性劑，然后加水至乳液的總量為1000克，可以先將表面活性劑和水混合后加入。
按照實施例1-4，所加入的工業(yè)乙二醇可以用相當(dāng)量的丙醇或乙醇或二乙二醇或丙二醇替代。
本發(fā)明納米二氧化硅乳液使用方法的實施例。
實施例1將按照上述方法獲得的納米二氧化硅乳液，取10克直接加入到1000克水性涂料中，攪拌后得到改性后的水性涂料。
實施例2將納米二氧化硅乳液，取100克直接加入到1000克水性涂料中，攪拌后得到改性后的水性涂料。
實施例3將納米二氧化硅乳液，取300克直接加入到1000克水性涂料中，攪拌后得到改性后的水性涂料。
通過實驗測得，上述經(jīng)改性后的水性涂料的光學(xué)性能、抗老化性能、耐洗性能、懸浮穩(wěn)定性和流變性都得到了改善。
權(quán)利要求
1.一種納米二氧化硅乳液，其特征在于它含有納米二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑、表面活性劑和水；所述納米二氧化硅與所述硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合為一種疏水型微粒，所述疏水型微粒被所述表面活性劑包覆而分散于水中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米二氧化硅乳液，其特征在于所述納米二氧化硅含量為5％～20％，所述表面活性劑含量為5％～15％，所述硅烷偶聯(lián)劑的含量為納米二氧化硅量的0.2％～15％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米二氧化硅乳液，其特征在于所述表面活性劑是適宜于制水包油乳液的乳化劑。
4.權(quán)利要求1-3所述納米二氧化硅乳液的制造方法a、在二氧化硅在水中的膠體溶液中加入可溶于水的醇；b、在混合物a中加入硅烷偶聯(lián)劑；c、在混合物b中加入表面活性劑和水。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米二氧化硅乳液的制造方法，其特征在于所述步驟c加入的表面活性劑和水為表面活性劑和水的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的納米二氧化硅乳液的制造方法，其特征所述在納米二氧化硅水溶液中加入的可溶于水的醇是乙醇或丙醇或乙二醇或二乙二醇或丙二醇。
7.權(quán)利要求1～3所述納米二氧化硅乳液的另一種制造方法a在納米二氧化硅凝膠中加入可溶于水的醇或所述醇的水溶液；b在混合物a中加入硅烷偶聯(lián)劑；c在混合物b中加入表面活性劑和水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的納米二氧化硅乳液的制造方法，其特征在于所述步驟c中加入的表面活性劑和水為表面活性劑和水的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的納米二氧化硅乳液的制造方法，特征在于所述納米二氧化凝膠中加入的可溶于水的醇是乙醇或丙醇或乙二醇或二乙二醇或丙二醇。
10.根據(jù)權(quán)利7或8所述的納米二氧化硅乳液的制造方法，其特征在于所述的納米二氧化硅凝膠由硅酸鈉或硅酸乙酯或硅溶膠經(jīng)凝膠反應(yīng)制得。
11.權(quán)利要求1～3所述納米二氧化硅乳液的使用方法，其特征在于它直接加入到水性涂料中，用于水性涂料的改性。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述納米二氧化硅乳液的使用方法，其特征在于所述納米二氧化硅乳液的加入量為水性涂料的1％～30％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米二氧化硅乳液其及制造方法和用途，該乳液含有納米二氧化硅、硅烷偶聯(lián)劑、表面活性劑和水，所述納米二氧化硅與所述硅烷偶聯(lián)劑結(jié)合為一種疏水型微粒，所述疏水型微粒被所述表面活性劑包覆而分散于水中。乳液的制造方法在二氧化硅在水中的膠體溶液中加入可溶于水的醇，再加入硅烷偶聯(lián)劑，再加入表面活性劑和水；另一種制造方法在納米二氧化硅凝膠中加入可溶于水的醇或所述醇的水溶液，再加入硅烷偶聯(lián)劑，再加入表面活性劑和水。使用方法乳液直接加入到水性涂料中，用于水性涂料的改性。改進水性涂料的光學(xué)性能、抗老化性能、耐洗性能和改善水性涂料的懸浮穩(wěn)定性、流變性和自潔性。
文檔編號C09D5/02GK1536032SQ0310991
公開日2004年10月13日 申請日期2003年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者章浩龍 申請人:章浩龍