一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法技术

本发明专利技术属于氧化硅微球材料领域，具体公开了一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，采用成本较低的水和有机混合溶液作为反应体系，采用能与硅源前驱体水解产物发生较强相互作用的有机分子作为诱导组装剂，其中可以优选非离子型两亲性三嵌段聚合物和离子型有机表面活性剂同时使用条件下进行合成制备，通过滴加硅源前驱体的溶胶

【技术实现步骤摘要】
一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法


[0001]本专利技术属于氧化硅微球材料领域，具体公开了一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法。

技术介绍

[0002]空心结构纳米介孔材料已经被广泛地应用于诸多领域，包括电子工业、环境保护、化妆品工业以及医药科学等领域，这主要是因为由于其特殊的物理化学结构及其可利用的内部空腔和外部介孔结构，但是在使用过程中往往将其分散在一定的体系中使用，这就意味着材料在体系中分散性对性能的发挥起到非常关键的作用，这就对材料中颗粒的单分散性和尺寸提出了更高的要求，有关尺寸可调单分散空心结构材料的制备及其应用也受到越来越多研究者的重视。现在开发的空心结构氧化硅微球材料的制备方法主要有模板法和微乳液法，但由于硅源前驱体在含水溶剂中水解交联速度过快，通常很难制备尺寸大范围内可调的出单分散的介孔氧化硅微球材料，目前制备直径大范围可控而且单分散介孔氧化硅微球仍然具有很大的技术挑战。因此开发出直径大范围内可调单分散介孔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通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，具有操作简易，重复性好，原料易得，成本低廉，可工业化制备等优点。
[0004]本专利技术包括以下技术方案：
[0005]一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，包括以下步骤：
[0006]S1.以有机醇和水混合溶液作为溶剂，溶解分散诱导组装分子，通过超声或者机械搅拌至澄清溶液；
[0007]S2.搅拌条件下将硅源前驱体慢慢滴加到上述澄清溶液中，然后加入促进硅源前驱体水解过程的催化剂，继续慢速搅拌至反应结束，得到凝胶混合溶液；
[0008]S3.将上述凝胶混合溶液；经过离心分离，取沉淀清洗后，投入一定体积的纯水中进行搅拌并梯度加热蒸发，获得固形物后再进行清洗，随后干燥得到固体粉末；
[0009]S4.将上述固体粉末进行煅烧，得到单分散空心介孔氧化硅微球材料。
[0010]优选的，所述步骤S1中诱导组装分子可以是非离子型三嵌段共聚物分子或者离子型有机活性剂分子或者简单有机羧酸或者有机胺，其中更优选的是离子型有机活性剂分子和另外几种的一种同时使用，例如非离子型三嵌段共聚物和离子有机活性剂分子；
[0011]优选的，所述步骤S3清洗选用的溶剂为水、乙醇、丙酮、正己烷、环己烷中的一种或几种任意组合；
[0012]优选的，包括以下步骤：
[0013]1)有机醇和水作为混合溶剂溶解分散作为诱导组装分子物质，这里优选使用离子型表面活性剂分子，同时优选加入作为协同诱导组装剂的另外一种三嵌段聚合物分子或者带有长链有机烷基的有机羧酸或有机胺，通过超声或者机械搅拌至澄清溶液；
[0014]2)搅拌下将硅源前驱体慢慢滴加到上述澄清溶液中，然后加入促进硅源水解过程的催化剂，继续慢速搅拌6
‑
24h；然后停止搅拌，得到的白色凝胶混合溶液；
[0015]3)经过离心分离处理以后，直接将所得凝胶与一定体积的水混合并搅拌分散，并将所得溶液进行加热处理，控制加热的温度和时间，然后离心分离并进行固体的洗涤，洗剂过程中用水和有机醇分别清洗几次，得到固体粉末，
[0016]4)然后将其通过马弗炉进行煅烧处理，即得到尺寸在150
‑
1200nm范围内可调、单分散、介孔结构空心氧化硅微球材料。
[0017]进一步的，上述一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，所述步骤S1中的诱导组装分子为离子型含有有机烷基链的表面活性剂和其他协同作用的诱导组装剂分子的组合。
[0018]进一步的，上述一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，所述离子型含有有机烷基链的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基氯化铵乙胺中的一种或几种的任意组合；
[0019]所述其他协同作用的诱导组装剂分子为非离子型三嵌段共聚物、简单有机羧酸和简单有机胺中的一种或几种的任意组合。
[0020]进一步的，上述一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，所述非离子型三嵌段聚合物表面活性剂选自Pluronic型F68、F88、F108、F127、L81中的一种或几种的任意组合；
[0021]所述简单有机羧酸为含有长链有机烷基的有机羧酸，选自十二烷基羧酸、十六烷基羧酸、正十八烷基羧酸、油酸、硬脂酸中的一种或几种的任意组合；
[0022]所述简单有机胺为含有长链有机烷基的有机胺，选自十二胺、十四按、十六胺、油胺中的一种或者任意组合。
[0023]进一步的，上述一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，步骤S1和S2中：
[0024]所述有机醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或几种；
[0025]所述搅拌选用机械搅拌，搅拌功率范围为100
‑
500W，搅拌速度为50
‑
200rpm；
[0026]所述的催化剂是酸催化剂或者碱催化剂；催化剂与硅源前驱体的体积比为1:1
‑
3；
[0027]反应体系中所用的有机醇、水、离子型含有有机烷基链的表面活性剂、其他协同作用的诱导组装剂分子与硅源前驱体摩尔比是200
‑
5000：200
‑
5000：0.1
‑
100：0
‑
0.05：1；
[0028]溶胶
‑
凝胶反应温度范围是0
‑
30℃，反应时间是12h
‑
24h，加热过程中以水为溶剂，搅拌条件下进行。
[0029]进一步的，上述一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，所述步骤S2中，
[0030]所述酸催化剂是盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、甲酸、乙酸中的一种或它们的任意组合；
[0031]所述碱催化剂是氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、乙二胺、乙醇胺等中的一种或它们的任意组合；
[0032]所述硅源前驱体为硅酸四乙酯、硅酸四丙酯、硅酸四异丙酯、硅酸四丁酯、3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷、3
‑
(2,3
‑
环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷和硅酸四叔丁基酯中的一种或几种。
[0033]进一步的，上述一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，
[0034]所述步骤S3具体包括以下步骤：将凝胶混合溶液以8000
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.以有机醇和水混合溶液作为溶剂，溶解分散诱导组装分子，通过超声或者机械搅拌至澄清溶液；S2.搅拌条件下将硅源前驱体慢慢滴加到上述澄清溶液中，然后加入促进硅源前驱体水解过程的催化剂，继续慢速搅拌至反应结束，得到凝胶混合溶液；S3.将上述凝胶混合溶液；经过离心分离，取沉淀清洗后，投入一定体积的纯水中进行搅拌并梯度加热蒸发，获得固形物后再进行清洗，随后干燥得到固体粉末；S4.将上述固体粉末进行煅烧，得到单分散空心介孔氧化硅微球材料。2.根据权利要求1所述的一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，其特征在于，所述步骤S1中的诱导组装分子为离子型含有有机烷基链的表面活性剂和其他协同作用的诱导组装剂分子的组合。3.根据权利要求2所述的一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，其特征在于，所述离子型含有有机烷基链的表面活性剂选自十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基氯化铵和十八烷基三甲基氯化铵乙胺中的一种或几种的任意组合；所述其他协同作用的诱导组装剂分子为非离子型三嵌段共聚物、简单有机羧酸和简单有机胺中的一种或几种的任意组合。4.根据权利要求3所述的一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，其特征在于，所述非离子型三嵌段聚合物表面活性剂选自Pluronic型F68、F88、F108、F127、L81中的一种或几种的任意组合；所述简单有机羧酸为含有长链有机烷基的有机羧酸，选自十二烷基羧酸、十六烷基羧酸、正十八烷基羧酸、油酸、硬脂酸中的一种或几种的任意组合；所述简单有机胺为含有长链有机烷基的有机胺，选自十二胺、十四按、十六胺、油胺中的一种或者任意组合。5.根据权利要求4所述的一种通过分子诱导组装结合梯度加热制备单分散空心介孔氧化硅微球材料的方法，其特征在于,步骤S1和S2中：所述有机醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或几种；所述搅拌选用机械搅拌，搅拌功率范围为100
‑
500W，搅拌速度为50
‑
200rpm；所述的催化剂是酸催化剂或者碱催化剂；催化剂与硅源前驱体的体积比为1:1
‑
3；反应体系中所用的有机醇、水、离子型含有有机烷基链的表面活性剂、其他协同作用的诱导组装剂分子与硅源前驱体摩尔比是200
‑
5000：200
‑
5000：0.1
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100：0
‑
0.05：1；溶胶
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【专利技术属性】
技术研发人员：朱洪伟，侯树永，张明华，陆小明，
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：