[发明专利]疏水性二氧化硅及其制造方法

说明书

本发明涉及疏水性二氧化硅及其制造方法。

二氧化硅(silica)用途非常广泛，在涂料，油墨、塑料、橡胶及化妆品，都常常添加二氧化硅以增加性能，如吸油、消光、强化机械性......等，并且可以降低成本。其表面性能必须符合被添加物的特性，以便能均匀分散。一般工业级二氧化硅，由于制备工艺不同，可分为二种，一种为干式，烧结型(fume type)，一种为湿式，沉淀型(precipitated type)，二者的表面积不同，其表面带有的羟基(-OH)也有不同，一般来说，前者较少，后者较多，二者表面皆偏向亲水性，如应用于亲油性高分子中，如涂料，橡胶......等，若将二氧化硅表面预先处理成疏水性，有较好的效果。

一般最简单的方法，如赵承琛教授的著作：“界面科学基础中，分散原理与应用”篇中提及，利用固体表面对表面活性剂的吸咐，改变固体表面的极性。如硬酯酸锌溶于极性溶剂中，加入二氧化硅，除去溶剂，则锌离子部分朝向二氧化硅，硬酯酸烷基部分，则朝向外部，而形成粒子表面疏水性，或二氧化硅加入有机硅化合物，硅原子上的甲氧基或乙氧基，会与二氧化硅表面的羟基(-OH)反应，而有机部分(乙烯基、环氧基、丙烯基(亚克力基)......)则朝向外，不仅使二氧化硅表面呈疏水性，更具反应性，可与亲油性高分子等部分交链，而增加其机械强度。

上述二氧化硅，由亲水性转为疏水性的方式包括：二氧化硅表面布满了有机脂肪烷基；西德专利1163784号，利用二甲基二氯硅烷(Dimethyl dichlorosilane)，直接高压合成；日本昭61-50882号，为针对西德专利1163784号，在制备过程中产生副产物及氯化氢的缺点而改善的方法；以及以端基带有三个Si-OH的二甲基聚硅氧烷寡聚物处理的二氧化硅。上述各种方法，均使二氧化硅表面呈疏水性质，但并没有很好的消泡功能。

本发明目的在于提供一种表面接枝聚硅氧烷的二氧化硅。表面积为100～400m²/g，表面具疏水性且兼具消泡功能，制备工艺简单，在常压，100℃以下操作，且不产生副产品(如氯化氢)。

本发明是提供一种表面接枝硅氧烷的疏水性二氧化硅固体粉末。不论干式制法烧结型二氧化硅或湿式制法沉淀型二氧化硅，其表面均含有硅烷醇(Silanol)，而能与硅烷醇基反应的聚硅氧烷端基，必须具备烷氧基(alkoxy)或硅烷醇基，同时在路易斯酸(Lewis ac-id)或路易斯碱(Lewis base)的触媒存在下反应。为使二氧化硅的表面充分与聚硅氧烷分子接触，必须加入分散剂，为使二氧化硅表面接枝的聚硅氧烷分子量适当，可加入分子量调节剂。

疏水性二氧化硅的制造的方法有二种，方法一是于玻璃容器中，加入(1)分散剂，如矿物油(mineral oil)、有机溶剂(二甲苯)、八甲基四环硅氧烷(Octamethyl tetracyclosiloxane)或硅油(silic-one oil)......；(2)亲水性二氧化硅固体粉末(silica)，其表面积为100～400m²/g，接触角小于70°；(3)硅油(silicone oil)；(4)触媒，如氢氧化钠水溶液，氢氧化钾水溶液，碳酸铵水溶液或硫酸......等酸碱；(5)分子量调节剂，其目的为使接枝于二氧化硅粒子上的硅化合物分子量适当，常用的，如四甲基二硅氧烷(Tetramethyl disiloxane)、六甲基二硅氧烷(Hexamethyl disi-loxane)或五甲基甲氧硅烷(Pentamethyl methoxysilane)。以均质机混合均质化，5至20分钟，然后升温至60℃～80℃，继续搅拌均质化，30分钟至120分钟，过滤并以有机溶剂(如二甲苯)萃洗反应所得的疏水性二氧化硅固体粉末，在约120℃的烘箱中，干燥约6小时。另一方法是除了以硅化合物单体代替硅油，其他反应物与方法一同样，常用的硅化合物单体如四甲基二甲氧硅烷(Tetrameth-yl dimethoxysilane)，因为其本身兼具分散的功能，可不加其他的分散剂。至于反应方法，除了以均质机混合均质化以外，在升温后，同时以回流(reflux)方式，以利反应，回流时间约10～30分钟，反应完成后，抽真空，以去除残存的硅化合物，再以有机溶剂(如二甲苯)萃洗并过滤已反应完成的二氧化硅固体粉末，置于120℃的烘箱中，干燥约6小时，即得硅氧烷接枝的二氧化硅固体粉末。以这种疏水性二氧化硅固体粉末做压片接触角测定、FTIR光谱仪测定，以及消泡试验，结果列于下面的附表中。