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一种多羧基二氧化硅纳米颗粒及其制备方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2023-09-28 08:35:44

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 代会会 | 2023-09-28 08:35:44

本发明公开了一种多羧基二氧化硅纳米颗粒及其制备方法。以羟基二氧化硅纳米颗粒作为起始原料,先由氨基硅烷偶联剂处理,在羟基二氧化硅表面引入可供反应的氨基或胺基,再与经N,N 羰基二咪唑活化后的丁烷四羧酸在非常温和的条件下反应,将3,4,5 三羧基戊酰基引入羟基二氧化硅纳米颗粒表面,得到表面多羧基化的改性二氧化硅纳米颗粒。本发明利用丁烷四羧酸进行羟基二氧化硅纳米球羧基化改性的方法,具有羧基含量高且羧基含量易于调控的优点,利用N,N 羰基二咪唑活化的丁烷四羧酸与氨基反应条件非常温和,反应易于进行且反应完全。本发明提供的技术方案,其制备工艺简便,原材料易得,易于工业化生产和推广应用。

本发明针对现有技术在对羟基二氧化硅纳米颗粒表面羧基化改性时,所存在的羧基引入量少、改性产物表面羧基含量不高的不足,通过两步反应制备一种多羧基改性二氧化硅纳米颗粒,实现在羟基二氧化硅纳米颗粒表面每反应消耗三个硅醇羟基的同时引入三个或三个以上羧基,得到高羧基含量的改性二氧化硅纳米颗粒。提供的多羧基化改性二氧化硅纳米颗粒还具有制备工艺简便,反应条件温和,原材料易得,适合于工业化生产的特点。

本发明涉及一种羧基二氧化硅纳米颗粒,特别涉及一种多羧基化二氧化硅纳米颗粒及其制备方法,属于复合材料与精细化学品合成领域。

背景技术

二氧化硅纳米颗粒已经在现代工业中获得广泛应用,在二氧化硅纳米颗粒表面引入羧基不仅可提高小球粒子与基体材料等的界面相容性,更重要的是羧基宽广的反应范围和易于离子化的特性赋予了粒子很高的反应活性,使之可以广泛地应用于高分子材料改性剂、水处理剂、催化剂和载体材料、微胶囊包埋等领域。

在羟基二氧化硅纳米颗粒表明引入羧基的方法已有很多报道,大都是先利用氨基硅烷偶联剂将羟基二氧化硅纳米颗粒表面氨基化,再利用丁二酸酐、苯甲酸酐等与表面氨基反应。由于硅烷偶联剂与羟基二氧化硅颗粒反应时要消耗表面上三个硅醇羟基(Si-OH),因此,这样的方法在羟基二氧化硅纳米颗粒表面每反应三个硅醇羟基只引入一个羧基,羧基化程度低。先由氨基硅烷偶联剂与丁二酸酐、马来酸酐等反应制得羧基硅烷偶联剂,处理羟基二氧化硅纳米颗粒时同样可在羟基二氧化硅颗粒表面引入羧基,但此法不仅同样存在羧基引入相对量少的缺点,而且,羧基硅烷偶联剂在有水存在的反应条件中由于自身交联会导致大量副反应。

发明内容

本发明针对现有技术在对羟基二氧化硅纳米颗粒表面羧基化改性时,所存在的羧基引入量少、改性产物表面羧基含量不高的不足,通过两步反应制备一种多羧基改性二氧化硅纳米颗粒,实现在羟基二氧化硅纳米颗粒表面每反应消耗三个硅醇羟基的同时引入三个或三个以上羧基,得到高羧基含量的改性二氧化硅纳米颗粒。提供的多羧基化改性二氧化硅纳米颗粒还具有制备工艺简便,反应条件温和,原材料易得,适合于工业化生产的特点。

发明人:张丽洁 蒋碧玉 张娇莉 李惠 刘锦 臧雄 李战雄 眭建华 苏州大学坐落于素有“人间天堂”之称的历史文化名城苏州,是国家“211工程”“2011计划”首批入列高校,是教育部与江苏省人民政府共建“双一流”建设高校、国家国防科技工业局和江苏省人民政府共建高校,是江苏省属重点综合性大学。苏州大学前身是Soochow University(东吴大学,1900年创办),开现代高等教育之先河,融中西文化之菁华,是中国最早以现代大学学科体系举办的大学。在中国高等教育史上,东吴大学是最早开展研究生教育并授予硕士学位、最先开展法学(英美法)专业教育,也是第一家创办学报的大学。1952年中国大陆院系调整,由东吴大学之文理学院、苏南文化教育学院、江南大学之数理系合并组建苏南师范学院,同年更名为江苏师范学院。1982年,学校更复名苏州大学(Soochow University)。

本发明公开了一种多羧基改性二氧化硅纳米颗粒及其制备方法,得到表面羧基含量高的改性二氧化硅纳米颗粒。与现有技术相比,本发明提供的技术方案其有益效果在于:

1、本发明利用分子结构中含有多个羧基的丁烷四羧酸为羧基化原料与氨基二氧化硅纳米颗粒表面氨基反应,多羧酸通过酰胺基键合至二氧化硅纳米颗粒时,丁烷四羧酸剩余三个羧基实现二氧化硅颗粒多羧基化,处理后在二氧化硅表面引入的羧基数目多,羧基含量高。

2、羧基引入过程为后修饰过程,二氧化硅纳米颗粒表面羧基含量易于调控。

3、多羧基改性二氧化硅产品制备反应条件温和、制备工艺简便,原材料易得,易于工业化生产和推广应用。

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