改性硅溶胶及其制备方法和应用_2

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制在 60min ~80min 之间。
[0047] 为了有效防止烯键的氧化,步骤S120在保护气氛中进行。其中,保护气氛可以为 氮气气氛、氩气气氛、氦气气氛或其他惰性气体气氛。
[0048] S130,滴加完含有烯键的硅烷偶联剂之后,继续搅拌Ih~5h,然后陈化12h~ 48h,得到接枝有烯键的硅溶胶。
[0049] 本步骤的目的为使硅溶胶与含有烯键的硅烷偶联剂充分反应,将烯键成功接枝到 硅溶胶中。较佳地,步骤130中的搅拌步骤在保护气氛中进行。
[0050] S200 :制备接枝有磺酸基的硅溶胶。
[0051] 较佳地,作为一种可实施方式,制备接枝有磺酸基硅溶胶包括以下步骤:
[0052] S210,取一定量的硅溶胶进行活化处理。其中,本步骤中所用的硅溶胶及具体活化 过程与步骤SllO相同。
[0053] S220,用乙酸、盐酸或柠檬酸将活化后的硅溶胶的pH至调节至2~5并进行搅拌, 边搅拌边滴加含有巯基的硅烷偶联剂。较优地,步骤S220在保护气氛中进行。
[0054] 其中,含有疏基的硅烷偶联剂为y _疏丙基二乙氧基硅烷、y _疏丙基二甲氧基娃 烧和y _疏丙基二(β _甲氧基乙氧基)硅烷中的至少一种。所述含有疏基的硅烷偶联剂 的分子结构式为:SH(CH2)3Si (OR)3,其中,R为甲基、乙基或甲氧基乙基。
[0055] 步骤S220中,采用边搅拌边滴加反应物的方式将活化后的硅溶胶与含有巯基的 硅烷偶联剂混合,有效防止了硅溶胶的团聚,增加了反应速率及反应均匀性;并且,采用正 滴的方式(将含有巯基的硅烷偶联剂滴加至硅溶胶中),有利于反应过程的控制,能够保证 目标反应物的生成。
[0056] 作为优选,步骤S220中,加入的含有巯基的硅烷偶联剂与硅溶胶的固含量的质量 份数比为0. 5~2:1,更优地,加入的含有巯基的硅烷偶联剂与硅溶胶的固含量的质量份数 比为1~1. 5:1。
[0057] $父佳地,向娃溶Jj父中滴加含有疏基的硅烷偶联剂时,含有疏基的硅烷偶联剂的滴 加时间控制在30min~120min之间;更佳地,含有巯基的硅烷偶联剂的滴加时间控制在 60min ~80min 之间。
[0058] S230,滴加完含有巯基的硅烷偶联剂之后,继续搅拌Ih~5h,然后陈化12h~ 48h,得到接枝有巯基的硅溶胶。
[0059] 步骤S230的目的为使硅溶胶与含有巯基的硅烷偶联剂充分反应,将巯基成功接 枝到的硅溶胶中。较优地,步骤S230中的搅拌步骤在保护气氛中进行。
[0060] S240,在步骤S230中得到的接枝有巯基的硅溶胶中加入过氧化物,该过氧化物将 硅溶胶上的巯基氧化为磺酸基,得到接枝有磺酸基的硅溶胶。
[0061] 步骤S240中的过氧化物可以为过氧化氢和过氧乙酸中的至少一种,优选为过氧 化氢。其中,过氧化氢和过氧乙酸多以水溶液的形式加入到接枝有巯基的硅溶胶中,过氧化 氢和过氧乙酸的水溶液呈酸性,过氧根离子在酸性条件下更容易将巯基氧化为磺酸基。此 外,过氧化物还可以为过氧化钠或过氧化钾等。
[0062] 较佳地,步骤S240中,加入的过氧化物与接枝有巯基的硅溶胶中巯基的摩尔比为 1~3:1,优选为1~1. 5:1。
[0063] S300 :将步骤SlOO得到的接枝有烯键的硅溶胶与步骤S200得到的接枝有磺酸基 的硅溶胶混合、搅拌并陈化,得到同时接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶,其中,接枝有烯键的 硅溶胶与接枝有磺酸基的硅溶胶的质量份数比为0. 2~1: 1,优选为0. 4~0. 6:1,更优为 0· 45 ~0· 55:1〇
[0064] 步骤S300中,将步骤SlOO得到的接枝有烯键的硅溶胶与步骤S200得到的接枝 有磺酸基的硅溶胶混合、搅拌并陈化包括以下步骤:将步骤S200得到的接枝有磺酸基的硅 溶胶进行搅拌,边搅拌边滴加步骤SlOO得到的接枝有烯键的硅溶胶,滴加完毕后继续搅拌 Ih~5h,然后陈化12h~48h。
[0065] 为了增加反应效果,防止反应过程中反应物被空气氧化,作为优选,滴加接枝有烯 键的硅溶胶的过程以及滴加完毕后的搅拌过程均在保护气氛中进行。
[0066] 较佳地,向接枝有磺酸基的硅溶胶中滴加接枝有烯键的硅溶胶时,接枝有烯键的 娃溶胶的滴加时间为30min~120min,优选为60min~80min。
[0067] 需要说明的是,上述步骤SlOO和S200的顺序可以调换,也可同时进行;并且,本发 明对于反应温度无特殊要求,本发明中所有步骤均可在室温下进行。
[0068] 以下通过化学反应式对本发明的改性硅溶胶的制备方法的原理进行说明:
[0073] 本发明分别制备了接枝有烯键的硅溶胶以及接枝有磺酸基的硅溶胶,然后将二者 按照一定的比例混合,经搅拌和陈化步骤后得到同时接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶;其中, 烯键反应活性较高,可进行自由基反应,能够提高硅溶胶与有机分子的相容性,而磺酸基具 有极强的亲水性,能够进一步增强硅溶胶的亲水性能,有效防止了由于烯键的引入而导致 硅溶胶亲水性能的降低,同时磺酸基是接枝于无机物SiO2,降低了水溶性。因此,本发明的 改性硅溶胶亲水性能优异,与有机高分子单体的相容性大大提高,可以作为超亲水防雾涂 料的重要原料。
[0074] 此外,本发明还提供了一种采用上述方法制备而成的改性硅溶胶,其具有优异的 亲水性能,并与高分子单体具有良好的相容性。
[0075] 本发明的改性硅溶胶可应用于超亲水防雾涂料,在超亲水防雾涂料的制备过程 中,采用本发明的改性硅溶胶作为原料之一,能够有效提升防雾涂料的耐水性及防雾性能。
[0076] 为了更好地理解本发明,下面通过具体的实施例对本发明的改性硅溶胶及其制备 方法进一步说明。需要说明的是,以下实施例中使用的硅溶胶、含有烯键的硅烷偶联剂和含 有疏基的硅烷偶联剂均为市售广品。
[0077] 实施例1
[0078] 1、将硅溶胶通过超声波活化30min,其中,硅溶胶的固含量为5wt%,硅溶胶中二 氧化娃颗粒的粒径为5nm ;
[0079] 2、取步骤1中部分活化后的硅溶胶,用乙酸调节其pH值至2. 5并于氮气气氛下进 行搅拌,边搅拌边滴加 γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷,滴加时间为30min,其中, 加入的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与所取的硅溶胶的固含量的质量份数比为 〇. 5:1 ;滴加完毕后继续于氮气气氛下搅拌lh,然后于室温下陈化12h,得到接枝有烯键的 硅溶胶;
[0080] 3、取步骤1中部分活化后的硅溶胶,用乙酸调节其pH值至3并于氮气气氛下进行 搅拌,边搅拌边滴加 γ-巯丙基三乙氧基硅烷,滴加时间为30min,其中,加入的γ-巯丙基 三乙氧基硅烷与所取的硅溶胶的固含量的质量份数比为0.5:1 ;滴加完毕后继续于氮气气 氛下搅拌lh,然后于室温下陈化12h,得到接枝有巯基的硅溶胶;
[0081] 4、在步骤3中得到的接枝有疏基的娃溶胶中加入过氧化氢水溶液,其中,过氧化 氢水溶液中的H2O2与接枝有巯基的硅溶胶中巯基的摩尔比为1: 1,过氧根离子将硅溶胶中 的巯基氧化为磺酸基,得到接枝有磺酸基的硅溶胶;
[0082] 5、将步骤4得到的接枝有磺酸基的硅溶胶于氮气气氛下搅拌,边搅拌边滴加步骤 2得到的接枝有烯键的硅溶胶,滴加时间为30min,其中,接枝有烯键的硅溶胶与接枝有磺 酸基的硅溶胶的质量份数比为0. 2:1 ;滴加完毕后继续于氮气气氛下搅拌lh,然后于室温 下陈化12h,得到同时接枝有烯键和磺酸基的硅溶胶。
[0083] 实施例2
[0084] 1、将硅溶胶通过超声波活化20min,其中,硅溶胶的固含量为IOwt %,硅溶胶中二 氧化娃颗粒的粒径为IOnm ;
[0085] 2、取步骤1中部分活化后的硅溶胶,用盐酸调节其pH值至3并于氩气气氛下进 行搅拌,边搅拌边滴加 γ -甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷,滴加时间为40min,其中, 加入的γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷与所取的硅溶胶的固含量的质量份数比为 〇. 8:1 ;滴加完毕后继续于氩气气氛下搅拌3h,然后于室温下陈化16h,得到接枝有烯键的 硅溶胶;
[0086] 3、取步骤1中部分活化后的硅溶胶,用盐酸调节其pH值至4并于氩气气氛下进行 搅拌,边搅拌边滴加 γ-巯丙基三甲氧基硅烷,滴加
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