制备空心结构纳米有机硅微球的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备空心结构纳米有机硅微球的方法，该方法包括：（1）将硅烷偶联剂与水进行混合，以便得到硅烷偶联剂分散液；（2）向步骤（1）得到的所述硅烷偶联剂分散液中加入氨水，以便得到单分散有机硅实心球；以及（3）将步骤（2）得到的所述有机硅实心球进行水热处理，以便获得所述空心结构纳米有机硅微球。根据本发明专利技术实施例的制备空心结构纳米有机硅微球的方法可以保持空心结构纳米有机硅微球表面形貌的完整。

【技术实现步骤摘要】
制备空心结构纳米有机硅微球的方法
本专利技术属于材料领域，具体而言，本专利技术涉及一种制备空心结构纳米有机硅微球的方法。
技术介绍
近年来，空心球型纳米结构材料因为其特殊的结构和形貌受到了人们的广泛关注，而对这种空心微球的研究已经在不同尺寸、形貌、结构与表面性质等方面有了显著的成果。空心球具有低密度、高比表面积、低的膨胀系数的特性，因此它们在催化剂、折射表面涂层、可再充电池、锂电池以及药物运输和缓释等方面有很大的应用潜力。例如由功能聚合物制备的胶束、囊泡、水凝胶等，以及SiO2、Fe3O4、Au等无机纳米粒子。介孔二氧化硅纳米粒子由于良好的生物相容性，良好的单分散性，大的比表面积，表面羟基可修饰性以及天然的药物缓释性近年来成为了药物智能载体的研究热点。中空的硅纳米粒子具有更高的药物携带量，因此具有更大的优势。如需负载DNA、RNA等大分子则需要硅粒子表面具有更大的孔道，因此，研制中空及大孔径高负载率的硅球具有极其重要的意义。空心硅球的主要制备方法有硬模板法、软模板法、喷雾法、无模板法等方法。硬模板法主要通过各种方法，控制前驱体在单分散的聚苯乙烯及碳球等核心的表面沉积或反应形成外壳，然后再通过煅烧或者溶解的方法除去内核，得到空心结构，其大小由模板的尺寸决定。如基于硬模板法的层层包覆技术，利用的是不同材料间的静电作用，得到的胶体粒子被层层包覆，通过包覆的次数可以对壳层厚度加以控制。目前这种方法应用广泛。chen等人用原子转移自由基的方法对模板进行改性，引入功能基团，功能基团和单体在界面处聚合形成壳材，合成了SiO2空心微球。软模板法应用广泛，即可使用微乳液滴作为模板，通过在液滴的表面进行壳材的生长而形成微胶囊的结构，然后先使用溶解的方法利用相应的有机溶剂对壳内的液滴进行溶解，再使用高温烧结的手段把多余的表面活性剂和有机溶剂除去，即可获得相应的空心微球。同时由于采用溶解的方法除去囊芯而导致了球壳表面产生了介孔。Barbe等人，在乳状液中合成了SiO2空心微球，所用的微反应器就是液滴。以CTAB作模板，通过调节溶液浓度和pH值，在微溶液中就能使用TEOS制备出纳米级的SiO2空心微球。气泡也可以用作软模板。首先，气泡形成，纳米粒子附着在气泡的气/液界面上，进而在气泡的周围集聚，形成密实的外壳。声化学合成空心结构最常用的就是气泡软模板，气泡来自声波漩涡的碰撞，借助超声设施，可以在含有正硅酸乙酯和表面活性剂的水溶液中合成SiO2空心球，亚微米级，而且壳上具有介孔。以上介绍的方法，无论通过软模板还是硬模板，都需要进行模板的制备，然后用煅烧法和溶解法将模板去除。模板制备的过程不可避免地会浪费一些材料，而去掉模板时对空心结构总有破坏。这就在一定程度上阻碍了空心球的进一步应用。而且，有些模板的制备方法还必须经过极其繁琐的步骤。正因为如此，科研界一直在探索无需模板的制备方法。无模板法的基础，就是“Ostwaldripening”的机理，机理的过程完全自发，也就是由于能量的积累，小颗粒累积成大颗粒。Lou等人实现了一步免模板法，成功合成出了多晶的SnO2空心结构，反应的时候，在乙醇-水的混合溶液中，添加锡酸钾（K2SnO3·3H2O）作前驱体。在反应初始的阶段，锡酸钾发生水解，形成了无定型的固态微粒，随着反应的进行，与周围溶液相接触的表层纳米粒子首先结晶，因此，在固态微粒的内部，形成了一种向表面结晶大颗粒扩散溶解的趋势，也就提供了由内向外的、自发的“Ostwaldripening”驱动力。溶解发端于表面或者中心附近的固体粒子，利用纳米粒子渐进成熟的性质，产生了空心的微球或者是核壳结构粒子。尽管无模板法的理论支撑还不完善，但是已经有很多科研工作者用此法合成了种类繁多的氧化物空心微球。综上所述，在空心硅球制备的研究中，往往是在一定的模板表面生长，然后通过溶解、烧结等等方法去掉囊芯的物质，从而得到空心微球。而对于两层以上的多层中空微球，往往需要更为复杂的方法，刻蚀或者不断体积收缩产生。在这种过程中，不但制备工艺复杂，难以避免的会对壳材造成不同程度的破坏。因此，制备空心结构纳米有机硅微球的方法还有待进一步研究。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种制备空心结构纳米有机硅微球的方法，该方法可以保持空心结构纳米有机硅微球表面形貌的完整。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备空心结构纳米有机硅微球的方法，该方法包括：（1）将硅烷偶联剂与水进行混合，以便得到硅烷偶联剂分散液；（2）向步骤（1）得到的所述硅烷偶联剂分散液中加入氨水，以便得到单分散有机硅实心球；以及（3）将步骤（2）得到的所述有机硅实心球进行水热处理，以便获得所述空心结构纳米有机硅微球。根据本专利技术实施例的制备空心结构纳米有机硅微球的方法以硅烷偶联剂为原料，在制备过程中通过使用水热法，可以不加模板剂即可一次形成多层空心微球，从而避免了溶蚀模板的材料浪费和繁琐工艺，同时体系中可以不用添加乳化剂，因此避免了乳化剂后续处理的残留问题，另外硅微球的结构可以通过调整实验条件进行调控，并且所得到的空心结构纳米有机硅微球可以满足多种用途的需要。另外，根据本专利技术上述实施例的制备空心结构纳米有机硅微球的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，步骤（1）中，所述硅烷偶联剂为选自正硅酸乙酯、硅烷偶联剂A151、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH580、硅烷偶联剂KH792和硅烷偶联剂KH602中的至少一种。由此，可以有效制备空心结构纳米有机硅微球。在本专利技术的一些实施例中，步骤（1）中，基于所述硅烷偶联剂分散液的总重量，所述硅烷偶联剂的含量为1～65质量%。由此，可以进一步有效制备空心结构纳米有机硅微球。在本专利技术的一些实施例中，步骤（1）中，随着搅拌，将所述硅烷偶联剂与水混合，其中，所述搅拌的速率为200～8000转/分钟。由此，使得硅烷偶联剂均匀分散在水中。在本专利技术的一些实施例中，步骤（1）中，在将硅烷偶联剂与水进行混合之前，预先将乳化剂分散在水中。在本专利技术的一些实施例中，所述乳化剂为选自聚乙烯吡咯烷酮、嵌段聚醚、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、司盘60和吐温60中的至少一种。在本专利技术的一些实施例中，基于所述硅烷偶联剂分散液的总重量，所述乳化剂的含量为4质量%以下。在本专利技术的一些实施例中，步骤（2）中，所述氨水的浓度为0.1～5质量%。由此，可以进一步有效制备空心结构纳米有机硅微球。在本专利技术的一些实施例中，步骤（2）中，向所述硅烷偶联剂分散液中滴加氨水，其中，所述氨水的滴加速度为0.5～5毫升/分钟，滴加总量为0.5～20毫升。由此，可以进一步有效制备空心结构纳米有机硅微球。在本专利技术的一些实施例中，步骤（3）中，所述水热处理是在120～200摄氏度的温度下进行12～24小时。由此，可以进一步有效制备空心结构纳米有机硅微球。在本专利技术的一些实施例中，所述空心结构纳米有机硅微球的粒径为0.02～100微米。由此，可以满足多种用途的需要。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备空心结构纳米有机硅微球的方法，其特征在于，包括：（1）将硅烷偶联剂与水进行混合，以便得到硅烷偶联剂分散液；（2）向步骤（1）得到的所述硅烷偶联剂分散液中加入氨水，以便得到单分散有机硅实心球；以及（3）将步骤（2）得到的所述有机硅实心球进行水热处理，以便获得所述空心结构纳米有机硅微球。

【技术特征摘要】
1.一种制备空心结构纳米有机硅微球的方法，其特征在于，包括：(1)将硅烷偶联剂与水进行混合，以便得到硅烷偶联剂分散液；(2)向步骤(1)得到的所述硅烷偶联剂分散液中加入氨水，以便得到单分散有机硅实心球；以及(3)将步骤(2)得到的所述有机硅实心球进行水热处理，以便获得所述空心结构纳米有机硅微球，其中，步骤(1)中，基于所述硅烷偶联剂分散液的总重量，所述硅烷偶联剂的含量为1～65质量％，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂A151、硅烷偶联剂KH550、硅烷偶联剂KH580、硅烷偶联剂KH792或硅烷偶联剂KH602，步骤(2)中，所述氨水的滴加速度为0.5～5毫升/分钟，滴加总量为0.5～20毫升，步骤(3)中，所述水热处理是在120～200摄氏度的温度下进行12～24小时。2.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢续明，万贤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11