一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法技术

本发明专利技术属于氧化硅微球材料领域，具体公开了一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，采用盐为氧化硅自组装沉积及其后续的生长的模板剂内核，在简单的醇和水混合溶剂中，通过滴加氧化硅前驱体单体及其水解交联催化剂，通过后续溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法


[0001]本专利技术属于氧化硅微球材料领域，具体公开了一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法。

技术介绍

[0002]空心结构纳米材料由于其特殊的物理化学性能(例如高的孔隙率和中空率)及其可利用的内部空腔和外部壳层结构特征，在电子信息、环境质量、轻质化制造、化妆日用品等诸多领域具有广大的应用前景。在应用过程中材料本身的诸多结构特征对性能的发挥起到非常关键的作用，例如材料颗粒的单分散性、尺寸、表面状态、导电性等结构特征，从而对空心结构材料制备控制提出了越来越高的要求，尺寸高效可调而且具有单分散性的空心结构材料的制备及其应用也受到越来越多的关注。氧化硅作为地球上最丰富的元素物质，对其高效利用是提高资源利用效率的重视途径，氧化硅本身具有良好的电绝缘性和相对较低的介电常数，近些年在电子芯片封装基板等领域受到越来越多的关注，可以被用作低介电填料，提升相关器件的介电性能，但这个应用领域往往要求氧化硅材料具有比较高的孔隙率和介电树脂的良好的相容性，而且不能让介电树脂渗入氧化硅材料中，因此为了达到以上技术要求，单分散空心结构氧化硅微球成为这个应用领域最受关注和重视的材料，有望实现上述技术要求。因此开发出低成本高效尺寸可调单分散空心结构氧化硅微球的简易制备方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0003]针对上述情况，本专利技术公开了一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法以及由此获得的氧化硅微球材料，提供了一种具有操作简易，原料价廉易得，可重复性好，可工业化制备的单分散空心结构氧化硅微球材料及以有机
‑
无机杂化盐为模板沉积组装制备其的方法。
[0004]本专利技术包括以下技术方案：
[0005]一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1.采用盐作为自组装沉积的模板剂，溶于良溶剂水中，随后加入可以有效促进氧化硅前驱体水解交联的酸或碱催化剂，搅拌条件下均匀分散得到澄清盐水溶液；
[0007]优选的，所述搅拌选用机械搅拌，搅拌功率范围为50
‑
500W，搅拌速度为0
‑
200rpm。
[0008]S2.将上述溶液滴加入所述盐的不良溶剂有机醇中，使得盐的阴阳离子在溶液体系中聚集组装，形成一定尺寸的胶体组装体颗粒，得到胶体溶液；
[0009]S3.向上述胶体溶液中加入氧化硅前驱体；利用体系内的酸或者碱催化剂促进氧化硅前驱体在胶体组装体颗粒表面沉积交联生长，陈化后得到的氧化硅胶体混合溶液；
[0010]优选的，催化剂与氧化硅前驱体的体积比为1:1
‑
5；
[0011]优选的，所述盐为有机
‑
无机杂化盐；
[0012]优选的，有机醇、水、有机
‑
无机杂化盐与氧化硅前驱体的摩尔比是20
‑
500：1
‑
10：0.01
‑
0.5：1；
[0013]优选的，静置陈化时间为6
‑
24h，得到的白色氧化硅胶体混合溶液；
[0014]优选的，上述的催化反应的温度为0
‑
40℃，反应时间是6
‑
24h；
[0015]S4.将上述氧化硅胶体混合溶液离心收集固形物，采用盐的良溶剂清洗脱除其中的模板剂盐，干燥后获得单分散空心结构氧化硅胶体微球材料；
[0016]优选的，所述良溶剂为水；
[0017]优选的，所述离心分离的离心转速为8000
‑
15000rpm，离心时间5
‑
30min；
[0018]S5.将上述形成的单分散空心结构氧化硅微球材料进一步煅烧后得单分散空心结构的氧化硅微球材料；
[0019]优选的，所述煅烧为在空气气氛下马弗炉中进行煅烧处理，得到尺寸在200
‑
800nm范围内可调、单分散、壳层致密结构氧化硅微球材料。
[0020]进一步的，上述一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，所述有盐为在水中能够高度溶解且难溶于有机醇的含有有机酸阴离子和碱金属阳离子的盐。
[0021]进一步的，上述一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，所述盐为离子型柠檬酸铵、柠檬酸钠、柠檬酸钾、苹果酸钠、抗坏血酸钠和植酸钠中的一种或几种的任意组合。
[0022]进一步的，上述一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，所述步骤S2中的有机醇为含有短烷基链的低碳有机醇。
[0023]进一步的，上述一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，所述步骤S2中的有机醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或几种的任意组合。
[0024]进一步的，上述一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，所述酸催化剂是盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、甲酸和乙酸中的一种或它们的任意组合；所述碱催化剂是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾和乙醇胺中的一种或它们的任意组合。
[0025]进一步的，上述一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，所述氧化硅前驱体为机硅酸酯类或者有机硅烷偶联剂。
[0026]进一步的，上述上述一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，所述氧化硅前驱体是能在水和醇混合溶液中水解交联的有机醇硅前驱体，可以是硅酸四乙酯(C8H
20
O4Si)、硅酸四丙酯(C
12
H
28
O4Si)、硅酸四异丙酯(C
12
H
28
O4Si)、硅酸四丁酯(C
16
H
36
O4Si)、硅酸四叔丁基酯(C
16
H
36
O4Si)、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷(C9H
23
O3NSi)、3
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(C9H
20
O5Si)、甲基三乙氧基硅烷(C7H
18
O3Si)中的一种或它们的任意组合。
[0027]进一步的，由上述制备方法制备获得的单分散空心结构氧化硅微球材料。
[0028]进一步的，由上述制备方法制备获得的单分散空心结构氧化硅微球材料，所述材料呈现空心球状外观形貌，整个微球直径尺寸为200
‑
800nm，内部空腔的尺寸为100
‑
500nm，外面的壳层具有致密结构，具有较少的孔结构，外部壳层厚度范围为50
‑
300nm，微球的比表
面积为5
‑
20m2/g，孔容为0.2
‑
0.7cm3/g。
[0029]进一步的，上述单分散空心结构氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.采用盐作为自组装沉积的模板剂，溶于良溶剂水中，随后加入可以有效促进氧化硅前驱体水解交联的酸或碱催化剂，搅拌条件下均匀分散得到澄清盐水溶液；S2.将上述溶液滴加入所述盐的不良溶剂有机醇中，使得盐的阴阳离子在溶液体系中聚集组装，形成一定尺寸的胶体组装体颗粒，得到胶体溶液；S3.向上述胶体溶液中加入氧化硅前驱体；利用体系内的酸或者碱催化剂促进氧化硅前驱体在胶体组装体颗粒表面沉积交联生长，陈化后得到的氧化硅胶体混合溶液；S4.将上述氧化硅胶体混合溶液离心收集固形物，采用盐的良溶剂清洗脱除其中的模板剂盐，干燥后获得单分散空心结构氧化硅胶体微球材料；S5.将上述形成的单分散空心结构氧化硅微球材料进一步煅烧后得单分散空心结构的氧化硅微球材料。2.根据权利要求1所述的一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，其特征在于，所述有盐为在水中能够高度溶解且难溶于有机醇的含有有机酸阴离子和碱金属阳离子的盐。3.根据权利要求1所述的一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，其特征在于，所述盐为离子型柠檬酸铵、柠檬酸钠、柠檬酸钾、苹果酸钠、抗坏血酸钠和植酸钠中的一种或几种的任意组合。4.根据权利要求1所述的一种以盐为模板构筑单分散空心结构氧化硅微球材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的有机醇为含有...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洪伟，
申请(专利权)人：元颉新材料科技浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：