[发明专利]一种硬质纳米二氧化硅材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种硬质纳米二氧化硅材料及其制备方法。

背景技术

随着新技术的涌现,人们对聚合物基纳米复合材料的研究和认识不断深入,对纳米复合材料的制备方法和生产工艺也在不断发展和丰富。近年来,制备聚合物基纳米复合材料材料的方法也有较大的发展,主要有共混法、插层法、溶胶-凝胶法、原位法、母料法等；

聚合物基复合材料的综合性能不仅取决于所添加填料的特殊功能性,分散相在基体材料中的分散程度、尺寸大小、与基体材料的相容性和结合力对复合材料的综合性能也有较大的影响。目前，很多学者对填料与基体材料的相容性、界面强度、相互作用力进行了深入研究，并取得了较为理想的结果；

聚酰胺由于其良好的力学性能、阻隔性能、耐磨性能、耐酸碱性能和良好的加工性能,作为工程塑料和非纤用材料越来越成为不可缺少的材料,其应用涉及汽车零部件、帘子布、轮胎子午线、电子电器、家庭用品等领域,用量成为聚酰胺产品中最多的品种。但在应用过程中,聚酰胺6材料的极性基团使得其易于吸收水分,造成了干态和低温冲击强度低、产品稳定性差、摩擦易发生塑性形变、磨损严重等现象,另外,作为矿山工程塑料使用,不具备抗静电性能，容易产生瓦斯爆炸等，从而影响其制品尺寸的稳定性、抗磨减摩性能和电性能，这限制了它的应用范围；

纳米材料是指材料的二相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸的材料，纳米技术是在分子和原子水平研究物质性能的科学。根据纳米材料的结构参数，通常分为零维纳米材料、一维纳米材料、二维纳米材料和三维纳米材料。由于纳米材料的尺寸在1-100nm范围内，其尺寸接近于电子相干长度，由于强相干的原因，使得纳米材料在熔点、磁性、光学、导热、导电等方面显示了有别于传统材料的特殊性能；作为21世纪比较有发展潜力的材料之一，近些年来，纳米材料的研究主要集中在医学、能源、环保、材料、集成微系统等方面,在核武器的安保系统、炸药引信、涂层、钻地武器、库存检测与不扩散、深化武器规律认识等领域显示潜在的应用价值,目前,纳米材料和纳米科技的发展和应用备受人们的广泛关注；

随着纳米材料理论和技术的发展，无机纳米微粒作为填料较传统材料显示了优异的性能。通过合适的技术和方法将无机纳米微粒加入到聚合物基体材料中,使其充分体现纳米材料的纳米特性，进而提高纳米复合材料的综合性能；纳米材料和纳米科技的发展必将促使聚合物基纳米复合材料成为21世纪最有发展前景的材料之一。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种硬质纳米二氧化硅材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种硬质纳米二氧化硅材料，它是由下述重量份的原料组成的：

γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.5-1、纳米二氧化硅17-20、己内酰胺70-83、乙二酸10-21、钛酸四丁酯3-6、氢化蓖麻油0.8-1、硬脂酸钙1-2、硅酸钾钠2-3、植物甾醇0.2-0.3、饱和十八碳酰胺0.7-1、邻苯二甲酸酐0.6-1、二烷基对二苯酚0.1-0.2、磷酸二氢铝2-4、月桂酸二乙醇酰胺0.3-0.5、重质碳酸钙2-3、辛酸亚锡0.01-0.02。

一种所述的硬质纳米二氧化硅材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将上述磷酸二氢铝加入到其重量10-13倍的去离子水中，搅拌均匀，加入邻苯二甲酸酐，升高温度为60-70℃，保温搅拌4-5分钟，得铝溶液；

（2）将上述硅酸钾钠加入到其重量26-30倍的去离子水中，搅拌均匀，加入硬脂酸钙，升高温度为70-75℃，滴加2-3mol/l的盐酸，调节pH为1-2，保温搅拌10-14分钟，与上述铝溶液混合，搅拌均匀，加入上述纳米二氧化硅，离心分离，将沉淀水洗3-4次，70-80℃下真空干燥10-20分钟，得复合纳米二氧化硅；

（3）将上述复合纳米二氧化硅加入到其重量100-120倍的无水乙醇中，超声40-50分钟，滴加上述钛酸四丁酯，滴加完毕后升高温度为50-60℃，保温搅拌20-30分钟，送入到装有聚四氟乙烯内胆的反应釜中，在180-190℃下保温反应4-5小时，出料，冷却，过滤，将沉淀水洗2-3次，在60-70℃下真空干燥完全，得钛掺杂纳米二氧化硅；

（4）将上述植物甾醇、二烷基对二苯酚混合，搅拌均匀，加入到混合料重量20-30倍的无水乙醇中，升高温度为60-70℃，加入月桂酸二乙醇酰胺，保温搅拌4-5分钟，为醇分散液；