本發明涉及二氧化硅材料制備
技術領域：
，具體而言，涉及一種單分散亞微米級二氧化硅微球及其制備方法。
背景技術：
：SiO2是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料。納米SiO2由于顆粒尺寸的微細化，比表面積急劇增加，使得SiO2納米粒子具有許多獨特的性能和廣泛的應用前景，如特殊的光點特效、高磁阻現象、非線性電阻現象，高溫下仍具有高強韌和穩定性好等特點。獲得高性能SiO2分散體系的前提是制備單一分散的SiO2微球。單分散超細SiO2微球在催化劑、陶瓷、色譜填充中的應用非常廣泛。球形SiO2由于具有高介電、高耐熱、高耐濕、高填充量、低膨脹性、低應力、低雜質、低摩擦系數等優越性能，可用于多個領域。然而，現有制備單分散納米二氧化硅微球的方法中，以溶膠-凝膠法為主，采用正硅酸四乙酯與分析純SiO2為原料，所制成的二氧化硅微球為納米級別的二氧化硅微球。然而，如果需要大粒徑的二氧化硅微球時，如微米級別或者亞微米級別時，上述方法并不能得到相應粒徑的二氧化硅微球。有鑒于此，特提出本發明。技術實現要素：本發明的第一目的在于提供一種單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法，以解決現有溶膠-凝膠法制備單分散二氧化硅微球的分散性差的問題，所述的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法，采用正硅酸酯、端硅氧烷基聚醚為原料，在氨水的乙醇溶液中通過水熱法，制備單分散亞微米級二氧化硅微球的分散液，然后經過燒制得到單分散亞微米級二氧化硅微球。具有反應條件簡單、反應原料易得等優點。本發明的第二目的在于提供一種所述的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法所制備的單分散亞微米級二氧化硅微球，該單分散亞微米級二氧化硅微球，具有分散性好、不易團聚、粒徑均勻等優點，其粒徑范圍可以達到0.5～15微米。為了實現本發明的上述目的，特采用以下技術方案：一種單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法，包括以下步驟：將端硅氧烷基聚醚溶于氨水的乙醇溶液中，再加入正硅酸酯并攪拌均勻，采用水熱法在100～120℃下反應，得到單分散亞微米級二氧化硅微球分散液，將分散液在惰性氣氛的保護下，在650～700℃條件下燒制，即得到該單分散亞微米級二氧化硅微球。本申請中，采用正硅酸酯、端硅氧烷基聚醚為原料，在氨水的乙醇溶液中通過水熱法，制備單分散亞微米級二氧化硅微球的分散液，然后經過燒制得到單分散亞微米級二氧化硅微球。端硅氧烷基聚醚的端基與正硅酸酯結構相似，容易產生吸附，在水熱反應制備二氧化硅微球的過程中起到成核劑和模板的作用。其在達到濁點以上的高溫時呈球團狀從水相分離出來，均勻分散在水中，通過端硅氧烷基水解生成的硅醇和正硅酸酯水解生成的硅醇通過縮合反應結合而成核，而后正硅酸酯水解物不斷沉積在核上，進而長大為亞微米級二氧化硅微球。因此，采用端硅氧烷基聚醚作為成核劑和模板時，所制備的二氧化硅微球可以達到亞微米級別。該方法具有反應條件簡單、反應原料易得等優點。優選的，所述氨水的濃度為5％～10％。氨水作為正硅酸酯水解的催化劑，其濃度的不同會引起正硅酸酯水解速度的改變。氨水濃度過大，使反應速度過快，得到的二氧化硅微球以團聚；濃度過小，反應速度過慢。優選的，所述正硅酸酯為正硅酸甲酯或者正硅酸乙酯中的一種。優選的正硅酸酯為正硅酸和直鏈脂肪醇反應得到的酯，脂肪醇的鏈長不易過長，影響水解速度。以脂肪醇甲酯或者脂肪醇乙酯為最佳。優選的，所述端硅氧烷基聚醚的結構為：或者中的一種；其中，n≥2，R為以乙二醇、丙三醇或者四氫呋喃中的一種為起始劑的環氧乙烷、環氧丙烷均聚物或者共聚物。優選的，所述端硅氧烷基聚醚的平均分子量為200～20000。優選的，所述端硅氧烷基聚醚的制備方法，具體包括以下步驟：將端羥基聚醚溶于有機溶劑中，在催化劑作用下與氯丙烯反應制成得到端烯丙基聚醚，將端烯丙基聚醚再與三甲氧基氫硅烷或者三乙氧基氫硅烷在氯鉑酸催化劑作用下發生硅氫加成反應制成端硅氧烷基聚醚；更優選的，所述有機溶劑為乙二醇、丙三醇或者四氫呋喃中的一種；更優選的，所述催化劑為四丁基溴化銨或者氫氧化鉀中的一種。端硅氧烷基聚醚的結構、以及優選的分子量和制備方法如上所述。端硅氧烷基聚醚是一種高分子型表面活性劑。端硅氧烷基聚醚兼具水溶和油溶性，且易于調節，它既具有傳統硅氧烷類產品的各項優異性能，如耐高低溫、抗老化、疏水、電絕緣、低表面張力等，同時又具有聚醚鏈段提供的潤滑作用、柔軟效果、良好的鋪展性和乳化穩定性等特殊性質。優選的，所述反應的時間為1～1.5小時。優選的，所述惰性氣氛為氮氣、氬氣或者氦氣中的一種。優選的，所述燒制的時間為3～3.5小時。如上所述的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法所制備的單分散亞微米級二氧化硅微球。如上所述的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法所制備的單分散亞微米級二氧化硅微球，分散性好，粒徑均勻，粒徑范圍在0.5～15微米之間。與現有技術相比，本發明的有益效果為：(1)本申請所提供的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法，采用正硅酸酯、端硅氧烷基聚醚為原料，在氨水的乙醇溶液中通過水熱法，制備單分散亞微米級二氧化硅微球的分散液，然后經過燒制得到單分散亞微米級二氧化硅微球。該方法具有反應條件簡單、反應原料易得等優點。(2)本申請所提供的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法所制備的單分散亞微米級二氧化硅微球，采用端硅氧烷基聚醚作為成核劑和模板時，所制備的二氧化硅微球可以達到亞微米級別，，具有分散性好、不易團聚、粒徑均勻等優點，其粒徑范圍為0.5～15微米，為亞微米級別。附圖說明為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發明實施例3提供的單分散亞微米級二氧化硅微球電子透鏡照片。具體實施方式下面將結合附圖和具體實施方式對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，但是本領域技術人員將會理解，下列所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例，僅用于說明本發明，而不應視為限制本發明的范圍。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。在本發明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。實施例1本申請所提供的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法，具體包括以下步驟：(1)、將端羥基聚醚溶于四氫呋喃，在四丁基溴化銨作用下與氯丙烯反應制成端烯丙基聚醚，端烯丙基聚醚再與三甲氧基氫硅烷在氯鉑酸催化劑作用下發生硅氫加成反應，制成端硅氧烷基聚醚，分子量為200。(2)、將步驟(1)中的端硅氧烷基聚醚溶于濃度為5％的氨水的乙醇溶液中，再加入正硅酸甲酯并攪拌均勻，采用水熱法在120℃下反應1小時，得到單分散亞微米級二氧化硅微球分散液；(3)、將步驟(2)得到的分散液在氮氣氣氛的保護下，在650℃條件下燒制3小時，即得到該單分散亞微米級二氧化硅微球。實施例2本申請所提供的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法，具體包括以下步驟：(1)、將端羥基聚醚溶于四氫呋喃，在氫氧化鉀作用下與氯丙烯反應制成端烯丙基聚醚，端烯丙基聚醚再與三乙氧基氫硅烷在氯鉑酸催化劑作用下發生硅氫加成反應，制成端硅氧烷基聚醚，分子量為20000。(2)、將步驟(1)中的端硅氧烷基聚醚溶于濃度為15％的氨水的乙醇溶液中，再加入正硅酸乙酯并攪拌均勻，采用水熱法在100℃下反應1.5小時，得到單分散亞微米級二氧化硅微球分散液；(3)、將步驟(2)得到的分散液在氦氣氣氛的保護下，在700℃條件下燒制3.5小時，即得到該單分散亞微米級二氧化硅微球。實施例3本申請所提供的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法，具體包括以下步驟：(1)、將端羥基聚醚溶于四氫呋喃，在四丁基溴化銨作用下與氯丙烯反應制成端烯丙基聚醚，端烯丙基聚醚再與三甲氧基氫硅烷在氯鉑酸催化劑作用下發生硅氫加成反應，制成端硅氧烷基聚醚，分子量為2000。(2)、將步驟(1)中的端硅氧烷基聚醚溶于濃度為10％的氨水的乙醇溶液中，再加入正硅酸乙酯并攪拌均勻，采用水熱法在110℃下反應1小時，得到單分散亞微米級二氧化硅微球分散液；(3)、將步驟(2)得到的分散液在氬氣氣氛的保護下，在680℃條件下燒制3小時，即得到該單分散亞微米級二氧化硅微球。實施例4(1)、將端羥基聚醚溶于四氫呋喃，在四丁基溴化銨作用下與氯丙烯反應制成端烯丙基聚醚，端烯丙基聚醚再與三乙氧基氫硅烷在氯鉑酸催化劑作用下發生硅氫加成反應，制成端硅氧烷基聚醚，分子量為3000。(2)、將步驟(1)中的端硅氧烷基聚醚溶于濃度為8％的氨水的乙醇溶液中，再加入正硅酸乙酯并攪拌均勻，采用水熱法在110℃下反應1小時，得到單分散亞微米級二氧化硅微球分散液；(3)、將步驟(2)得到的分散液在氬氣氣氛的保護下，在690℃條件下燒制3小時，即得到該單分散亞微米級二氧化硅微球。實施例5(1)、將端硅氧烷基聚醚溶于濃度為12％的氨水的乙醇溶液中，再加入正硅酸甲酯并攪拌均勻，采用水熱法在110℃下反應1小時，得到單分散亞微米級二氧化硅微球分散液；其中，端硅氧烷基聚醚的結構為：n≥2，R為以乙二醇為起始劑的環氧乙烷均聚物，端硅氧烷基聚醚分子量為5000(2)、將步驟(1)得到的分散液在氮氣氣氛的保護下，在650℃條件下燒制3小時，即得到該單分散亞微米級二氧化硅微球。實施例6(2)、將端硅氧烷基聚醚溶于濃度為13％的氨水的乙醇溶液中，再加入正硅酸乙酯并攪拌均勻，采用水熱法在110℃下反應1小時，得到單分散亞微米級二氧化硅微球分散液；其中，端硅氧烷基聚醚的結構為：n≥2，R為以丙三醇為起始劑的環氧丙烷共聚物，端硅氧烷基聚醚分子量為10000。(2)、將步驟(1)得到的分散液在氬氣氣氛的保護下，在680℃條件下燒制3.5小時，即得到該單分散亞微米級二氧化硅微球。實施例7(1)、將端羥基聚醚溶于四氫呋喃，在四丁基溴化銨作用下與氯丙烯反應制成端烯丙基聚醚，端烯丙基聚醚再與三甲氧基氫硅烷在氯鉑酸催化劑作用下發生硅氫加成反應，制成端硅氧烷基聚醚，分子量為15000。(2)、將步驟(1)中的端硅氧烷基聚醚溶于濃度為13％的氨水的乙醇溶液中，再加入正硅酸乙酯并攪拌均勻，采用水熱法在120℃下反應1小時，得到單分散亞微米級二氧化硅微球分散液；(3)、將步驟(2)得到的分散液在氦氣氣氛的保護下，在670℃條件下燒制3小時，即得到該單分散亞微米級二氧化硅微球。實驗例單分散亞微米級二氧化硅微球粒徑測試對于本申請實施例1～7所提供的單分散亞微米級二氧化硅微球的形貌和粒度用透射電鏡(TEM，H-800)進行表征。實驗結果如表1所示。其中，實施例3的TEM照片如圖1所示。表1單分散亞微米級二氧化硅微球粒徑測試結果實施例粒徑(微米)10.54213.531.142.553.465.877.6實驗結果表明，本申請所提供的本申請所提供的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法所制備的單分散亞微米級二氧化硅微球，該單分散亞微米級二氧化硅微球，具有分散性好、不易團聚、粒徑小等優點，其粒徑范圍為0.5～15微米，為亞微米級別。綜上所述，本申請所提供的本申請所提供的單分散亞微米級二氧化硅微球的制備方法，采用正硅酸酯、端硅氧烷基聚醚為原料，在氨水的乙醇溶液中通過水熱法，制備單分散亞微米級二氧化硅微球的分散液，然后經過燒制得到單分散亞微米級二氧化硅微球。該方法具有反應條件簡單、反應原料易得等優點。該方法所制備的單分散亞微米級二氧化硅微球，該單分散亞微米級二氧化硅微球，具有分散性好、不易團聚、粒徑均勻等優點，其粒徑范圍為0.5～15微米，為亞微米級別。盡管已用具體實施例來說明和描述了本發明，然而應意識到，以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；本領域的普通技術人員應當理解：在不背離本發明的精神和范圍的情況下，可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍；因此，這意味著在所附權利要求中包括屬于本發明范圍內的所有這些替換和修改。當前第1頁1 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