一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法。所述球形二氧化硅由以下步骤制得：a、以柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇为原料，以氨水为pH值调节剂，配制得到前驱物，加入微细化二氧化硅；b、对前驱物进行水浴、干燥，将二氧化硅凝胶包覆于微细化的二氧化硅表面，得到壳核结构的二氧化硅纳米粉；c、将二氧化硅纳米粉分散在液相介质中，通过激光辐照，即可制得球形二氧化硅。所述方法具有以下有益效果：本发明专利技术通过激光提供的局部超高温，促使表面二氧化硅不规则形貌的颗粒熔化，制得的球形纳米二氧化硅颗粒形貌规则均匀，具有良好的润滑性，在母料载体树脂中不易发生团聚，分散性好，并且制备过程简单，操作便利，成本低，可实现规模化推广生产。

Preparation method of spherical silica for plastic lubricating Masterbatch

The invention discloses a preparation method of spherical silicon dioxide for plastic lubricating masterbatch. The spherical silicon dioxide is prepared by the following steps: a, using citric acid, tetraethyl orthosilicate and ethylene glycol as raw materials, using ammonia as pH regulator, the precursor is prepared, adding micro-silica; b, water bath and drying of the precursor, coating the silica gel on the micro-silica surface, and obtaining SiO_2 nano-powder with shell-core structure; C. Spherical SiO_2 can be prepared by dispersing SiO_2 nano-powder in liquid medium and irradiated by laser. The method has the following beneficial effects: the local ultra-high temperature provided by the laser promotes the melting of the particles with irregular morphology on the surface of the silicon dioxide, and the spherical nano-silicon dioxide particles are uniform in morphology, have good lubricity, and are not easy to agglomerate in the matrix carrier resin, and have good dispersibility. The preparation process is simple, convenient to operate and low in cost, and it can realize scale expansion and popularization.

【技术实现步骤摘要】
一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法
本专利技术涉及填料制备领域，具体涉及球形二氧化硅的制备，尤其是涉及一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法。
技术介绍
塑料母料对推动塑料工业的迅猛发展起了很大作用，其主要特点是：可以简化生产工艺过程；原料混合方便，混炼质量均匀，提高生产效率及制品性能指标；减少粉尘飞扬及对设备的磨损；降低制品在换色时清洗螺杆的用料量；延长原料储存的保质期等。目前塑料产业面临着升级换代，因此，开发高价值、高技术含量/新型应用的产品具有巨大的市场需求。二氧化硅作为一种常规的塑料母料，被广泛用于塑料母料领域中。将二氧化硅、载体树脂及相关助剂按一定配比共混并经一次挤出加工制备成母料，然后添加到塑料中，这对塑料的性能有明显的提高。目前通过将二氧化硅制备成球形的用在塑料母料中的研究比较少。现有球形二氧化硅的方法主要有以下几种：由硅酸钾与酸反应得到硅溶胶后再高温喷射制备球形二氧化硅；有机硅水解制备球形二氧化硅；硅石在高温下还原成一氧化硅后再汽化氧化形成球形二氧化硅；二氧化硅块直接高温汽化-冷凝制备球形二氧化硅；有机硅喷雾燃烧制备球形二氧化硅；微乳法制备球形二氧化硅等。对于球形二氧化硅的制备技术成为目前的研究重点内容。专利申请号201010232224.7公开了一种球形二氧化硅纳米粉体的制备方法，以柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇为原料，氨水为pH值调节剂配制前驱物，前驱物经水浴、干燥、煅烧后制得球形二氧化硅纳米粉，粒径为20~100nm。该专利技术方法制备周期短，纯度高，产率较高，而且工艺设备简单，成本较低。专利申请号201410429818.5公开了一种球形二氧化硅的生产方法。该方法包括：（1）将叔丁醇和乙二胺与水玻璃混合；（2）再将硫酸加入水玻璃中，发生沉淀反应，沉淀干燥得到球形二氧化硅。与现技术相比，该专利技术在水玻璃与硫酸沉淀反应时，添加叔丁醇和乙二胺作为晶形控制剂，从而得到尺寸均匀、形貌规则的球形二氧化硅，所得球形二氧化硅粒径可控制在1~10微米。专利申请号201510693507.4公开了一种改性微米级多孔性球形二氧化硅，其制备方法包括以下步骤：一定的温度与酸碱度条件下，在硅溶胶体系中加入一定量的高分子单体，通过单体聚合，然后利用沉降分离法得到球形二氧化硅；将得到的球形二氧化硅进行烘干处理；将得到的烘干后的球形二氧化硅进行预分散处理，然后置于高温炉中煅烧，最后在600℃下保持3h；将得到的二氧化硅分散在水溶剂体系中，加入预处理过的含氢硅油，搅拌均匀，然后于烘箱中150℃烤干，即得；该专利技术克服了现有二氧化硅产品的球形度、粒径集中度不理想，表面光洁度差等缺陷，所制备的改性微米级多孔性球形二氧化硅，尤其适用于在新型涂料及化妆品中领域。专利申请号201610920088.8公开了一种球形纳米二氧化硅的制备方法，包括提供粒径不大于50μm的二氧化硅颗粒；利用天然气和氧气产生火焰形成火焰场，二氧化硅颗粒在1700~2000℃的第一火焰场内熔融形成液态粒子，二氧化硅液态粒子在高于二氧化硅汽化点的2300~2600℃的第二火焰场内通过液态粒子表面蒸发形成纳米级汽化物；快速冷却定型，沿着纳米级汽化物的输送方向，风冷系统设置于冷却炉内部的环状的切向进风系统；水冷系统将纳米级汽化物中的一部分粒子形成微米级和亚微米级固态球化粒子，另一部分粒子形成单分散的纳米球化粒子；分级不同粒径的二氧化硅颗粒。该专利技术所生成的纳米二氧化硅的产率可以达到3~10％。由此可见，现有技术中制备的二氧化硅用在塑料母料中，往往因为纳米级二氧化硅具有极大的比表面积和极高的比表面能，润滑性不佳，极易发生粒子团聚，很难充分均匀的分散在载体树脂中，所以极大的限制了其在塑料母料中的应用。
技术实现思路
为有效解决上述技术问题，本专利技术提出了一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法，可有效提高球形二氧化硅在塑料母料中的润湿性和分散性，并且制备过程简单，操作便利，可规模化推广生产。本专利技术的具体技术方案如下：一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法，所述球形二氧化硅是由柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇配制前驱物，加入微细二氧化硅，经水浴、干燥，进一步在激光束的作用下发生烧蚀退火而制得，具体的制备步骤为：a、以柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇为原料，以氨水为pH值调节剂，配制得到前驱物，加入微细化二氧化硅；其中：柠檬酸18~22重量份、正硅酸乙酯25~35重量份、乙二醇41~56重量份、氨水1~2重量份、微细化二氧化硅50-80重量份；b、对步骤a得到的前驱物进行水浴、干燥，将二氧化硅凝胶包覆于微细化的二氧化硅表面，得到壳核结构的二氧化硅纳米粉；c、将步骤b制得的二氧化硅纳米粉分散在液相介质中，通过激光器输出的激光束经过全反射镜反射和凸透镜聚焦后，辐照到液相靶材上，使粉末发生烧蚀退火，即可制得球形二氧化硅；其中：二氧化硅纳米粉15~20重量份、液相介质80~85重量份。优选的，所述步骤a中，氨水的质量浓度为22~28%。优选的，所述步骤a中，前驱物的pH值调节为8.5~9。优选的，所述步骤b中，水浴的温度为70~85℃，时间为4~8h。优选的，所述步骤b中，干燥的温度为110~120℃，时间为1.5~2h。优选的，所述步骤c中，液相介质为乙醇、乙二醇、正丙醇、异丙醇或丙三醇中的一种。优选的，所述步骤c中，激光束的光束功率为2~3MW，光斑半径为2~5μm。优选的，所述步骤c中，全反射镜的材质为碳化硅。优选的，所述步骤c中，凸透镜的材质为氟冕玻璃、磷冕玻璃、钡冕玻璃、重冕玻璃、镧冕玻璃或轻冕玻璃中的一种，折射率为1.5~1.6，中部色散为0.008~0.015，色散系数为55~65。常规方法制得的球形二氧化硅的球形度不高，润滑性较差，在极大的比表面积和极高的比表面能作用下，极易发生粒子团聚，难以在母料中分散均匀。而激光由于是定向发光，具有很高的能量，入射激光通过逆韧致吸收过程，在材料表面趋肤深度内被吸收，并在亚纳秒时间内转化为热能，从而使得物质的温度升高，物质的状态和结构发生改变。因此，本专利技术通过在二氧化硅表面包覆气凝胶型二氧化硅，激光所提供的局部超高温来促使不规则形貌的颗粒表面熔化，颗粒形状转化为规则球形，可以充分、均匀的分散在载体树脂中。而全反射镜将激光反射回反应体系中，提高激光热量的利用率。凸透镜聚焦后，可以进一步提高照射到靶材上的激光强度，达到局部超高温，使形貌转变更加快速和彻底。不同于直接将二氧化硅激光熔融，本专利技术采用预包覆二氧化硅气凝胶，其多孔更有益于在液相介质中通过激光所提供的局部超高温来促使不规则形貌的颗粒熔化，所制备的纳米颗粒形貌为规则的球形。解决了常规方法难以大批量生产和生产过程较为复杂的难题，并且该制备方法生产工艺较为简单，操作便利，可实现大批量生产。本专利技术的有益效果为：1.提出了一种采用激光制备用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的方法。2.本专利技术通过二氧化硅气凝胶预包覆微细二氧化硅，利用激光提供的局部超高温快速促使二氧化硅不规则形貌表面熔化，制得的球形纳米二氧化硅颗粒形貌规则均匀，具有良好的润滑性，在母料载体树脂中不易发生团聚，分散性好。3.本专利技术制备过程简单，操作便利，成本低，可实现规模化推广生产。具体实施方式以下通过具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述球形二氧化硅是由柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇配制前驱物，加入微细化二氧化硅，进行水浴、干燥，将二氧化硅凝胶包覆于微细化的二氧化硅表面，进一步在激光束的作用下发生烧蚀退火而制得，具体的制备步骤为：a、以柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇为原料，以氨水为pH值调节剂，配制得到前驱物，加入微细化二氧化硅；其中：柠檬酸18~22重量份、正硅酸乙酯25~35重量份、乙二醇41~56重量份、氨水1~2重量份、微细化二氧化硅50‑80重量份；b、对步骤a得到的前驱物进行水浴、干燥，将二氧化硅凝胶包覆于微细化的二氧化硅表面，得到壳核结构的二氧化硅纳米粉；c、将步骤b制得的二氧化硅纳米粉分散在液相介质中，通过激光器输出的激光束经过全反射镜反射和凸透镜聚焦后，辐照到液相靶材上，使粉末发生烧蚀退火，即可制得球形二氧化硅；其中：二氧化硅纳米粉15~20重量份、液相介质80~85重量份。

【技术特征摘要】
1.一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述球形二氧化硅是由柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇配制前驱物，加入微细化二氧化硅，进行水浴、干燥，将二氧化硅凝胶包覆于微细化的二氧化硅表面，进一步在激光束的作用下发生烧蚀退火而制得，具体的制备步骤为：a、以柠檬酸、正硅酸乙酯和乙二醇为原料，以氨水为pH值调节剂，配制得到前驱物，加入微细化二氧化硅；其中：柠檬酸18~22重量份、正硅酸乙酯25~35重量份、乙二醇41~56重量份、氨水1~2重量份、微细化二氧化硅50-80重量份；b、对步骤a得到的前驱物进行水浴、干燥，将二氧化硅凝胶包覆于微细化的二氧化硅表面，得到壳核结构的二氧化硅纳米粉；c、将步骤b制得的二氧化硅纳米粉分散在液相介质中，通过激光器输出的激光束经过全反射镜反射和凸透镜聚焦后，辐照到液相靶材上，使粉末发生烧蚀退火，即可制得球形二氧化硅；其中：二氧化硅纳米粉15~20重量份、液相介质80~85重量份。2.根据权利要求1所述一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于：所述步骤a中，氨水的质量浓度为22~28%。3.根据权利要求1所述一种用于塑料润滑母料中的球形二氧化硅的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，司文彬，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51