[发明专利]一种高分散纳米二氧化硅的表面改性方法

说明书

本发明涉及一种高分散纳米二氧化硅的表面改性方法，包括以下步骤：1)将一定量的纳米二氧化硅配制成以乙醇为溶剂的纳米二氧化硅悬浮液，并将配制好的悬浮液在超声清洗器中超声分散；2)超声结束后测试悬浮液的PH值，并采用酸调节悬浮液的PH为4～5；3)将一定量的硅烷偶联剂加入到调节PH后的悬浮液中，并水浴加热搅拌均匀，得到混合液；4)将混合液抽滤并用酒精洗涤，将得到的固体物质放入真空恒温干燥箱中干燥，即得到了改性后的纳米二氧化硅粉末。该方法工艺简单、易于操作、成本低、绿色环保，得到的改性的纳米二氧化硅分散性及稳定性好，克服了纳米二氧化硅易团聚的问题，使得其在高性能混凝土性能调控方面具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及一种高分散纳米二氧化硅的表面改性方法，属于纳米材料改性技术领域。

背景技术

纳米材料与常规材料的区别不仅在于尺度的不同，最重要的是在于物理化学能的变化，纳米材料因具有粒径小、比表面积大、表面能高以及表面原子所占比例大等特点，以及独特的力学、光学、磁学、电学等方面的特性，使其不仅作为新型功能材料得到了广泛的研究和应用，而其与其他研究领域的交叉学科研究也得到了越来越多的关注。

由于水泥硬化浆体中的水化硅酸钙凝胶具有纳米结构，水泥硬化浆体70％为纳米尺度的水化硅酸钙凝胶颗粒，此外，还有纳米尺寸的孤立孔、毛细孔，纳米材料可以填充水泥浆体的孔隙，因此纳米材料在水泥基材料中的应用具有良好的基础，纳米SiO₂是目前应用与水泥基材料改性方面研究最广泛、应用最多的材料。纳米SiO₂是一种无定形物质，具有巨大的比表面积和极强的火山灰活性、微集料填充效应和晶核作用，掺入水泥材料中后，可以与水泥水化产物中的Ca(OH)₂进行二次水化反应，生成C-S-H凝胶，减少氢氧化钙的含量，因此可以改善微观结构，增加混凝土的强度。

由于纳米SiO₂表面能大，表层大量羟基导致羟基间的范德华力、氢键的产生，使粉体间的排斥力变为吸引力，热力学状态不稳定，极易发生凝并、团聚现象。如将其直接加入水泥基粉体材料中明显不能得到很好的分散效果，其增强效应得不到充分的发挥，甚至或成为缺陷而降低混凝土的性能。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种高分散纳米二氧化硅的表面改性方法，该表面改性工艺简单、易于操作、成本低、绿色环保，该方法解决了纳米二氧化硅在混凝土中的分散性及稳定性问题，使得改性后的纳米二氧化硅分散效果好，避免发生团聚，充分发挥了纳米二氧化硅的增强效果。

技术方案：本发明提供了一种高分散纳米二氧化硅的表面改性方法，该方法包括以下步骤：

1)将一定量的纳米二氧化硅配制成以乙醇为溶剂的纳米二氧化硅悬浮液，并将配制好的悬浮液在超声清洗器中超声分散；

2)超声结束后测试悬浮液的PH值，并采用酸调节悬浮液的PH为4～5；

3)将一定量的硅烷偶联剂加入到调节PH后的悬浮液中，并水浴加热搅拌均匀，得到混合液；

4)将混合液抽滤并用酒精洗涤，将得到的固体物质放入真空恒温干燥箱中干燥，即得到了改性后的纳米二氧化硅粉末。

其中：

步骤1)所述的纳米二氧化硅悬浮液中纳米二氧化硅的质量分数为10％～20％。

步骤1)所述的将配制好的悬浮液在超声清洗器中超声分散中，超声分散的时长为10～20min，超声频率为30～40KHz。

步骤2)所述的采用酸调节溶液的PH为4～5中，所用的酸为盐酸或聚丙烯酸。

步骤3)所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570，其添加的量为调节PH后的悬浮液的10wt％～30wt％。