一种单分散二氧化硅微球及其制备方法技术

本申请公开了一种单分散二氧化硅微球及其制备方法。本申请采用季铵碱为相转移催化剂，氨水为催化剂，烷氧基硅烷为硅源，通过两相法合成所述二氧化硅微球。采用上述方案，本发明专利技术采用界面法结合液液相界面反应、相转移反应，催化反应机理合成二氧化硅微球，提供了纳米级二氧化硅的制造新工艺，可定制二氧化硅微粒的尺寸，制备的纳米级二氧化硅微球具有较好的均一性。

【技术实现步骤摘要】
一种单分散二氧化硅微球及其制备方法
本专利技术涉及微球领域，具体涉及一种单分散二氧化硅微球及其制备方法。
技术介绍
微球因其特殊的尺寸、结构和性能使其被广泛地应用于现代工业生产和生活的方方面面，例如在新医药领域，功能性多孔微球几乎是所有生物药和天然药分离纯化过程中不可缺少的材料；同时，微球作为药物缓控释的载体可以减小药物的毒副作用，增加药物的有效性，提高药品的质量。在平板显示领域，粒径高度均一的微球可以作为间隔物用于控制液晶盒厚；导电金球是连接芯片和面板的关键材料；利用微球的光学性能把微球涂到塑料膜的表面可以将点光源变成面光源，是背光源膜组的重要部件。在LED照明领域，在LED芯片或封装材料里加入微球不仅可以大幅度提高LED发光效率，还可以增加光的柔和性。在化妆品领域，添加微球到在化妆品里不仅可以增加手感和抗紫外功能，还可遮盖皮肤的缺陷，延长有效成分的稳定性，增加皮肤的美感。在水处理领域，功能性微球即离子交换树脂已广泛地用于去除水里的杂质，以制备高纯水用于半导体和医药领域。在血液净化领域，微球可以用来选择性地去除血液里的有害物质，以达到血液净化的目的。在医疗诊断领域，磁性和荧光编码微球已被广泛地应用于免疫分析，使多样品或多标靶的高通量检测成为可能。在酶催化领域，微球作为酶固定的载体可以保持酶的高度专一性和催化效率，提高酶的稳定性和寿命，减小酶对产品的污染，实现生产的连续化和酶的循环使用。在标准计量领域，标准颗粒是用于计量领域的标准物质，可用于粒度分析仪的标定校准、滤材检测、粒子的评价、粉体的分析、环境科学、大气污染的研究等领域。在农业领域，微球作为缓控释载体可以有效控制杀虫剂的释放，增加杀虫剂的有效性，降低杀虫剂对环境的污染及毒性。在军事领域，微纳米材料已广泛地用于隐形飞机、防生化武器等。纳米级二氧化硅具有高纯度、低密度、高比表面积等优异的物理化学特性，表现出卓越的光、电、热、力、磁、放射、吸收等特殊性能，现代医学、现代光学液晶显示领域、生物工程、化妆品、军事领域、纳米标尺中应用广泛。纳米二氧化硅可以作为一种药物的微胶囊载体,在药物控制释放领域和作为胶体填充物。纳米二氧化硅可以作为光子晶体有一定的市场前景，在液晶显示领域已广泛应用。关于纳米级二氧化硅的制备，业界主要应用两种制备方法：种子法，溶胀法。二氧化硅微球的制备方法CN101913612A提供了一种微米级单分散二氧化硅微球的制备方法，该方法包括步骤：将单分散SiO2种子、NH3-H2O和低碳醇混合配成种子液，然后加入NH3/H2O/低碳醇溶液和正硅酸乙酯(TEOS)/低碳醇溶液进行反应，使TEOS水解生成的SiO2在SiO2种子外表面上生长，且在反应的同时进行机械搅拌和超声处理；待SiO2微球生长成所需粒径的微球后，停止加料，并继续反应直到TEOS完全水解；反应结束后，将反应液离心水洗得到单分散微米SiO2微球。该专利技术还提供了按照所述的方法制备得到的微米级单分散二氧化硅微球，其平均粒径为2～20μm，比重1.7～2.0，为无孔或几乎无孔SiO2微球。二氧化硅微球的制备方法CN103086381A公开了一种制备多孔二氧化硅微球的方法。所述方法包括将模板结构与全硫化硅橡胶乳液混合，喷雾干燥、烧灼后制备多孔二氧化硅微球，全硫化硅橡胶乳液是有机硅聚合物或共聚物乳液经辐照后制得，所述模板结构为不包括全硫化硅橡胶乳液的全硫化橡胶乳液，所述模板结构中的固含量占混合后乳液中所有固含量的比例为2～50％；烧灼温度为250～1200℃；烧灼时间为10～600分钟。该专利技术所述的多孔二氧化硅微球的制备方法简单，设备成本低，而且形成的孔较大。二氧化硅微球的制备方法CN102115089A公开了一种微米级单分散性二氧化硅微球的制备方法，(1)将氨水、溶剂、超纯水按比例混合均匀，配制成水解液，氨水为催化剂，溶剂为乙醇或丙酮；(2)将四乙氧基硅烷溶液溶解在步骤(1)配制的溶液中，均匀搅拌使四乙氧基硅烷(即正硅酸乙酯)水解缩合，生成二氧化硅晶核；(3)分别向步骤(2)配制的二氧化硅晶核溶液中连续滴加步骤(1)制得的水解液和四乙氧基硅烷溶液，使二氧化硅晶核逐渐长大；(4)将步骤(3)所得溶液进行密闭搅拌反应并静置沉化，将容器底部白色沉淀减压抽滤分离，用乙醇、丙酮反复洗涤至中性，干燥得到目标产物微米级单分散性二氧化硅微球。该专利技术制备方法简单易行、成本较低、批次间重复性好，制备出的二氧化硅微球球形均匀、单分散性好。但是，现有的关于氨催化正硅酸乙酯水解合成二氧化硅微球制备方式存在以下不足：二氧化硅微球粒径无法高度均一，不易调控粒径，难以合成纳米级二氧化硅微球，无法工业化生产。
技术实现思路
本申请提供一种单分散二氧化硅微球的制备方法。本申请采用了以下技术方案：本申请一方面公开了一种单分散二氧化硅微球的制备方法，采用两相法合成二氧化硅微球，其中，两相分别为油相和水相，合成二氧化硅微球的硅源为烷氧基硅烷，催化剂为氨水，相转移催化剂为季铵碱。进一步地，具体包括以下步骤，硅源溶解：将硅源溶解于两相中的油相；水解缩合：将催化剂与所述相转移催化剂放置入反应釜中作为两相法中的水相，搅拌并缓慢添加所述油相，在水油两相界面发生水解缩合反应；分离产物：水解缩合反应完成后，分离产物，获得单分散的二氧化硅微球。进一步地，相转移催化剂在两相中的溶解度均大于千分之五克；优选地，所述相转移催化剂在两相中的溶解度均大于百分之一克；更优选地，所述相转移催化剂在两相中的溶解度均大于百分之十克。进一步地，季铵碱包括烷基季铵碱；优选地，所述季铵碱包括碳链长度大于4的烷基季铵碱；更优选地，所述季铵碱含支链的碳链总长度低于20个碳原子；更优选地，所述烷基季铵碱包括四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、三丙基戊基氢氧化铵、三辛基甲基氢氧化铵、三乙基苄基氢氧化铵、三戊基乙基氢氧化铵和苄基三丁基氢氧化铵中的至少一种。进一步地，烷氧基硅烷至少包括烷基、烷氧基其中之一；、优选地，烷氧基硅烷包括正硅酸乙酯、三乙氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-巯丙基三甲氧基硅烷和烯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种。进一步地，油相包括不溶于水的有机溶剂；优选地，油相包括烷烃、卤烷或其混合物；更优选地，油相包括正己烷或二氯甲烷。进一步地，催化剂与所述相转移催化剂水溶液的体积比为4:1至1:1，催化剂的质量分数为26％-30％，相转移催化剂溶液的质量分数为0.5％～5％。需要说明的是，其中，可以采用购买的所需浓度的氨水即浓度为26％-30％的氨水为催化剂，相转移催化剂预先溶于水制成0.5％-5％的溶液后，与催化剂混合。进一步地，油相中，硅源溶解后，硅源在油相中的浓度为5％～80％。进一步地，滴加的油相的体积为所述水相体积的2～9倍，滴加所述油相的搅拌速率为200rpm-600rpm。进一步地，分离产物的步骤包括搅拌反应4至6小时后将所得产物抽滤离心、洗涤、干燥，然后在马弗炉中升温至200℃-600℃，并保温5-10小时，然后冷却至室温，将产物进行离心收集，离心机转速为2000rpm～10000rpm，然后将产物洗涤、干燥，得到单分散二氧化硅纳米球。本申请另一方面公开了本申请的制备方法制备的单分散二氧化硅微球。本专利技术采用界面法结合液液相界面反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，包括采用两相法合成二氧化硅微球，其中，两相分别为油相和水相，合成二氧化硅微球的硅源为烷氧基硅烷，催化剂为氨水，相转移催化剂为季铵碱。

【技术特征摘要】
1.一种单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，包括采用两相法合成二氧化硅微球，其中，两相分别为油相和水相，合成二氧化硅微球的硅源为烷氧基硅烷，催化剂为氨水，相转移催化剂为季铵碱。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤，硅源溶解：将所述硅源溶解于所述两相中的油相；水解缩合：将所述催化剂与所述相转移催化剂放置入反应釜中作为所述两相法中的水相，搅拌并缓慢添加所述油相，在水油两相界面发生水解缩合反应；分离产物：水解缩合反应完成后，分离产物，获得单分散的二氧化硅微球。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述相转移催化剂在两相中的溶解度均大于千分之五克；优选的，所述相转移催化剂在两相中的溶解度均大于百分之一克；更优选的，所述相转移催化剂在两相中的溶解度均大于百分之十克。4.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述季铵碱包括烷基季铵碱；优选的，所述季铵碱包括碳链长度大于4的烷基季铵碱；更优选的，所述季铵碱含支链的碳链总长度低于20个碳原子；更优选的，所述烷基季铵碱包括四甲基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、三丙基戊基氢氧化铵、三辛基甲基氢氧化铵、三乙基苄基氢氧化铵、三戊基乙基氢氧化铵和苄基三丁基氢氧化铵中的至少一种。5.如权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述烷氧基硅烷至少包括烷基、烷氧基其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳迈思瑞尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44