[发明专利]一种机械力化学法制备活性微纳米SiO2粉体的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种机械力化学法制备活性微纳米SiO₂粉体的方法。

背景技术

二氧化硅又称为硅石，化学式为SiO₂，在自然界中分布非常广，同时也是地壳的主要成 分，地球上的天然二氧化硅占地壳总质量12％左右。二氧化硅晶体是由[SiO₄]^4-四面体以顶点 相互连接而成的三维空间架结构，Si原子位于正四面体的中心，与顶角的4个O原子形成了 四个共价键，形成牢固的空间网状结构。SiO₂的空间网状结构决定了其优良的物理化学性能。 SiO₂的比表面积较大，熔点沸点都很高，具有硬度大、耐高温、耐震、电绝缘、可透过可见 光、红外线以及紫外线等特点。化学性质比较稳定，不容易与水以及大部分酸类发生化学反 应，但可溶于氢氟酸以及一定温度下的浓磷酸。

正是由于SiO₂优异的补强性、触变性、消光性、绝缘性、稳定性等，来源广泛，易获取 且成本低，因此它在聚合物复合材料、橡胶、涂料、塑料、胶黏剂、医药、化工、航空航天 等领域有重要的应用价值。二氧化硅应用在橡胶材料中，能够提高胶料的力学性能、强度、 耐老化性等，在橡胶制品(如：鞋类、胶辊、轮胎、垫片等)中应用广泛；在涂料中添加二 氧化硅可以防止涂料结块、流挂、起泡等，增强涂料的触变性、消光性、耐磨性、耐蚀性等， 还能增加涂膜与基体的结合强度；二氧化硅在塑料制品中也有广泛的应用，其添加不仅能够 赋予材料优异的力学性能、抗老化性、光洁度等，还能够降低成本，改善加工工艺，提高经 济效益；在胶黏剂中添加二氧化硅能够调节产品的流动性、粘度，此外，填料的加入也会改 变胶黏剂的固化速度，以符合施工需要；利用二氧化硅对紫外线的反射作用，应用于化妆品 领域，在染发、隔离防晒、润肤护肤方面使产品性能得到显著提高。

近年来，随着纳米科技的发展，人们发现添加的二氧化硅粉末粒径如果达到纳米等级， 其对机械性能的补强作用明显强于粒径在微米级别的二氧化硅粉末。纳米二氧化硅粉体具有 优越的化学、机械、光、电、磁等性能，在工业中有着非常广泛的应用。但是，由于其巨大 的比表面积、比表面能，纳米二氧化硅极易相互团聚，另外，纳米二氧化硅表面富含羟基， 表现出较强的亲水性，在极性的溶剂或是有机基质中都不易分散，影响最终材料的基本性能。

文献“谭秀民等.硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面接枝改性研究[J].中国粉体技术， 2011,17(1):14-17.”中谭秀民等人采用硅烷偶联剂对二氧化硅进行表面改性，为了防止偶联剂 水解后自身发生缩聚反应，而降低了改性的效果，他们采用N-甲基吡咯烷酮为溶剂，在无水 体系中进行改性。改性后的二氧化硅活化率升高，并且活化率随着偶联剂质量分数在1％-5％ 之间的增加而增大。电镜分析结果表面，未改性二氧化硅粒子团聚现象严重，远超过纳米级 别，而改性后的颗粒团聚较少，分散性得到很大改善。中国专利文献CN103450487A公开了 一种亲疏水性可调的纳米SiO₂粉体：先以正硅酸四乙酯、乙烯基三乙氧基硅烷等一锅法合成 乙烯基SiO₂颗粒，然后在催化剂的作用下以含氢硅油、烯丙基聚醚为改性剂由硅氢加成反应 逐步对其改性，通过调节含氢硅油、烯丙基聚醚的量来实现亲疏水可调。上述方法都是将纳 米SiO₂粉体的制备与改性分成两步实现，工艺较为复杂，原料较为昂贵，影响因素较多，不 易实现稳定控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种机械力化学法制备 活性微纳米SiO₂粉体的方法，该方法消耗助剂少，操作简单，耗能低，易控制，所得到的二 氧化硅具有反应活性，可与有机物发生化学反应。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的机械力化学法制备活性微纳米SiO₂粉体的方法，其步骤为：

(1)按照有机分散剂与干燥SiO₂粉体的质量比为(1-4):1的比例，将两者加入到球磨 罐中混合均匀，再加入氧化锆磨球，该磨球的添加量与SiO₂粉体的质量比为(2-4):1，将球 磨罐盖好固定在高能行星球磨机上；