一种球形二氧化硅的制备方法技术

本发明专利技术的水热反应中引入含有硫酸根的阻隔剂，所述硫酸根离子附着在硅球表面，利用空间位阻效应，使硅球界面能减弱，并通过卧式反应釜的旋转作用提升硅球分散性。其目的是，纳米溶胶晶粒大小为60

【技术实现步骤摘要】
一种球形二氧化硅的制备方法


[0001]本专利技术涉及无机二氧化硅粉体制备
，具体涉及一种采用水热法制备球形二氧化硅的技术方案。

技术介绍

[0002]随着5G技术的发展，球形二氧化硅由于其低介电低损耗及优越的流动性广泛用于高端覆铜板材(M7，M8系列)中，在5G终端(手机、PAD)、基站、服务器、汽车无人驾驶等领域。其中化学法制备的球型二氧化硅在介电损耗与粒径分布窄的特性上赶超爆燃法球型二氧化硅。
[0003]现有技术中获取球形二氧化硅主要有两种方式获得：
[0004]一种是将石英粉通过高温熔融球形化制得(爆燃法)。这种球形二氧化硅的介电常数(约3.81)，介电损耗(约0.0015),其与当前市面上大量使用的熔融石英的介电常数(约3.82)，介电损耗(约，0.0015)相当。此种方式获得的球形二氧化硅成本最低，只需要将粉体材料通过高温熔融球化即可。但是熔融方法不易制作小粒度粉体，尤其是制作粉体在高温熔融时，粉体粘连，导致不能得到所需的球形化产品。
[0005]另一种是通过化学合成的方法制备得到球形二氧化硅(化学法)。使用此种方法合成的二氧化硅与熔融石英具有相当的介电常数，其介电常数约(3.80)，介电损耗约(0.0010)，并可以制得各种粒度的产品，且产品球化良好，只是成本较高，主要有两方面：一是原料成本高，因为所使用的是所需对象的化合物进行合成；二是环保成本高，合成中会产生三废，需要增加环保投入。
[0006]在公开号为CN106587083A名称为一种高绝缘性球形二氧化硅微粉的制备方法中，公开了一种通过高温熔融的方式制得的二氧化硅球微粉的方法。该方法所制得的是一种高绝缘的球形二氧化硅，电导率为5
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10μS/cm，Na+为0.1
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0.35ppm，平均粒径D50＝0.3
‑
3μm。但是该种方法的缺点是：当颗粒向火焰中部流动，颗粒之间碰撞加剧，而且中部火焰温度较高，颗粒之间通过碰撞形成较大颗粒。颗粒继续向火焰下游流动，此时火焰温度降低，通过碰撞粘附在一起的颗粒不能发生全凝并形成球形颗粒，只能形成树枝状的聚集体，此时颗粒的数目进一步减少，颗粒的尺寸变化不大。火焰淬灭之后，温度进一步降低，颗粒停止生长。通过这种方法生产出来的球形二氧化硅粒径不均匀，且含有大量非球形颗粒。
[0007]在申请人早先申请的公告号为CN107641135B名称为有机硅烷化合物、填料、树脂组合物及覆铜板的专利技术专利中提出了一种采用改性后的有机硅烷化合物制备二氧化硅的方法。在该方法中引入了带有官能团的机硅烷化合物工艺制备方法。还提供了一种生产球形二氧化硅的工艺方法。依据上述两种工艺方法生产的球形二氧化硅球化率[％]：90～99％，并具有适用于覆铜板需求的合理粒径尺寸。上述方案中虽然能够制备出成球率极高的二氧化硅粉体，但是其必须先制备特殊复杂的带有
官能团的机硅烷化合物而后才可。具体工艺过程参见说明书0020段
‑
0029段。显然的，该方法在生产效率上难以满足更高的产量要求。
[0008]为此，申请人提出一种采用水热反应制备球型二氧化硅的方法，该方法能够在保证二氧化硅成球率的同时有效的提升产量。

技术实现思路

[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种球形二氧化硅的制备方法，其目的是，通过纳米水性二氧化硅溶胶溶液与晶种的混合溶液中添加阻隔剂以水热反应的方法获取附着有阻隔剂的二氧化硅粉体，以该粉体通过煅烧工艺制备球形二氧化硅粉体，在保证成球率的同时有效提升产量，以获得高产量的球形二氧化硅的工艺方法。
[0010]具体为，
[0011]一种球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，
[0012]步骤一，配置纳米水性二氧化硅溶胶溶液，所述纳米水性二氧化硅溶胶溶液的PH为3
‑
5，且所述溶胶溶液中二氧化硅溶胶物的晶粒大小为60
‑
100nm，固含量为25％
‑
40％；
[0013]步骤二，配置晶种物，所述的晶种物为亲水性白炭黑；
[0014]步骤三，配置前驱液A,将所述步骤一获取的纳米水性二氧化硅溶胶溶液与步骤二获取的晶种物进行搅拌同时进行超声波分散后形成前驱液A，其中所述前驱液A中二氧化硅溶胶物与晶种物的摩尔比范围为1:0.01
‑
0.1；
[0015]步骤四，配置前驱液B,在将步骤三所获取的前驱液A中加入阻隔剂，搅拌形成前驱液B；
[0016]步骤五，水热反应,将步骤四中所获取的前驱液B送入反应釜中进行水热反应，反应温度为160℃
‑
180℃，反应时间为3
‑
6h，反应后获得悬浊液C；
[0017]步骤六，制备二氧化硅粉体，将步骤五获取的悬浊液C经过干燥处理后获取表面附着有阻隔剂的二氧化硅粉体；
[0018]步骤七，煅烧制备球形二氧化硅粉体，将步骤六获取的表面附着有阻隔剂的二氧化硅粉体在惰性气体环境下通入空气以1000
‑
1200℃温度进行煅烧，获取球形二氧化硅粉体。
[0019]进一步的，所述步骤四中的阻隔剂为硫酸钾、硫酸钠、硫酸钙中的一种或多种，且阻隔剂在所述前驱液B中的质量百分比为0.05
‑
0.3％。
[0020]进一步的，所述步骤三中搅拌60
‑
400rpm/min，超声频率为5
‑
40HZ。
[0021]进一步的，在步骤三搅拌过程过程中先进行预混步骤，而后逐步提高搅拌速度。
[0022]进一步的，所述反应釜为卧式反应釜。
[0023]进一步的，所述亲水性白炭黑的粒径尺寸为10
‑
30nm。
[0024]本专利技术提供的一种球形二氧化硅的制备方法，其有益效果在于，
[0025](1)本专利技术的水热反应中引入含有硫酸根的阻隔剂，所述硫酸根离子附着在硅球表面，利用空间位阻效应，使硅球界面能减弱，并通过卧式反应釜的旋转作用提升硅球分散
性。其目的是，纳米溶胶晶粒大小为60
‑
100nm，亲水性白炭黑晶粒大小为10
‑
30nm。纳米粒子非常难分散，必须采用超声加搅拌的方式使其两种晶粒分散均匀。由于二氧化硅溶胶粒子具有非常高的活性，使其分散在白炭黑表面，在水热条件下可以长晶反应。
[0026]同时阻隔剂的分解温度为1000度左右，在反应完成后形成的硅球内部及表面都有羟基，需要煅烧后去除，使得硅球长的更密实，阻隔剂可以在硅球煅烧过程中防止球之间的黏连，并且在球长密实后可以高温去除。
[0027](2)本专利技术中二氧化硅溶胶物的晶粒大小为60
‑
100nm，亲水性白炭黑的粒径尺寸为10
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30nm。二氧化硅溶胶粒子具有非常高的活性，亲水性白炭黑相对稳定，二氧化硅溶胶粒子使其分散在白炭黑表面，在水热条件下防止二氧化硅溶胶粒子快速长大控制长晶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，步骤一，配置纳米水性二氧化硅溶胶溶液，所述纳米水性二氧化硅溶胶溶液的PH为3
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5，且所述溶胶溶液中二氧化硅溶胶物的晶粒大小为60
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100nm，固含量为25％
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40％；步骤二，配置晶种物，所述的晶种物为亲水性白炭黑；步骤三，配置前驱液A,将所述步骤一获取的纳米水性二氧化硅溶胶溶液与步骤二获取的晶种物进行搅拌同时进行超声波分散后形成前驱液A，其中所述前驱液A中二氧化硅溶胶物与晶种物的摩尔比范围为1:0.01
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0.1；步骤四，配置前驱液B,在将步骤三所获取的前驱液A中加入阻隔剂，搅拌形成前驱液B；步骤五，水热反应,将步骤四中所获取的前驱液B送入反应釜中进行水热反应，反应温度为160℃
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180℃，反应时间为3
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6h，反应后获得悬浊液C；步骤六，制备二氧化硅粉体，将步骤五获取的悬浊液C经过干燥处理后获取表面附着有阻隔剂的二氧化硅粉体；步骤七，煅烧制备球形二氧化硅粉体，将步骤六获取的表面附着有阻隔剂的二氧化硅粉体...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈晓燕，李杰，胡林政，
申请(专利权)人：苏州锦艺新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：