采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法技术

本发明专利技术涉及无机非金属材料技术领域，具体涉及一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法；将表面有介孔的二氧化硅空心微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1

【技术实现步骤摘要】
采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法


[0001]本专利技术涉及无机非金属材料
，具体涉及一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法。

技术介绍

[0002]二氧化硅空心微球是一种新型无机材料，尺寸介于纳米到微米之间，具有中空腔体，比表面积大、粒度分布范围窄、分散性好、稳定性好、熔点高，具有特殊的力学、光、电等物理性质，在生物化工、医药、光学、催化、复合材料等方向有较为广阔的发展前景。
[0003]硬模板法是当前合成尺寸和形貌稳定的二氧化硅空心微球最有效的方法，具有所需设备简单，工艺过程简便，并且各种工艺参数可控的优势。然而现有硬模板法在制备二氧化硅空心微球的过程中，微球壁上容易形成许多细小的介孔，导致空心二氧化硅颗粒不致密，表面强度不够，整体结构不稳定，限制了二氧化硅空心微球在诸多高端精密设备中的应用。例如在承载电子元件的PCB，封装基板，底部填充料等半导体电子封装系统中，有介孔的二氧化硅空心微球难以满足材料所需要的低介电常数，低损耗要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，所制得的二氧化硅空心微球无介孔、结构致密、强度高。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，将表面有介孔的二氧化硅空心微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1
‑
1小时，加入硅源，持续搅拌反应直至得到悬浊液，分离，干燥，所得产物在800
‑
1000℃下通过火焰漂浮法进行烧结，获得无介孔的二氧化硅空心微球。
[0006]优选的，所述表面有介孔的二氧化硅空心微球的获得方法，包括如下步骤：
[0007](1)在氮气氛围和60
‑
80℃下，向含聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液中加入偶氮二异丁腈与苯乙烯的混合溶液，持续搅拌反应20
‑
30h，离心，用无水乙醇反复清洗下层沉降物，干燥，得到亚微米级聚苯乙烯微球；
[0008](2)聚苯乙烯微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1
‑
1小时，加入正硅酸乙酯，持续搅拌反应直至得到悬浊液，分离，干燥，加热除去聚苯乙烯，获得有介孔的二氧化硅空心微球。
[0009]优选的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺、十六烷基磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、硬质酸钠、油酸钠、对十二烷基苯磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、十二烷基氯化铵中的一种。
[0010]优选的，所述硅源为正硅酸乙酯、偏硅酸乙酯、聚硅酸乙酯的一种。
[0011]优选的，所述二氧化硅空心微球、表面活性剂、氨水、硅源的加入比例是1
‑
5：0.5
‑
2：15
‑
30：1
‑
2(wt/wt/vt/vt)，优选比例为3：1：20：1(wt/wt/vt/vt)。
[0012]优选的，所述步骤(1)中含聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液浓度为0.1
‑
1wt％，优
选为0.1
‑
0.2wt％，更优选为0.17wt％。
[0013]优选的，所述步骤(1)中偶氮二异丁腈与苯乙烯的混合溶液浓度为15
‑
30wt％，优选为20wt％。
[0014]优选的，所述步骤(2)中聚苯乙烯微球、表面活性剂、氨水、正硅酸乙酯的加入比例是1
‑
3：0.5
‑
2：15
‑
30：1
‑
2(wt/wt/vt/vt)，优选比例是1.5：1：20：1(wt/wt/vt/vt)。
[0015]优选的，所述溶剂为30
‑
90vt％的乙醇水溶液。
[0016]本申请所称“火焰漂浮法”为本领域(空心玻璃微珠)公知成型工艺。
[0017]本专利技术的有益效果在于：提供一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，以亚微米级聚苯乙烯球为模板，十六烷基三甲基溴化胺为阳离子表面活性剂，正硅酸乙酯为硅源合成得到二氧化硅空心微球。产品无介孔，粒径为亚微米，尺寸稳定，具有高致密性和低介电常数。此外，制备的二氧化硅微空心球抗压强度高，在作为复合材料填料加工的情况下，经过超声，搅拌，球磨等加工工艺后可继续保持完整形貌，不会出现破碎，裂纹等情况。
附图说明
[0018]图1为本专利技术实施例1制备的二氧化硅空心微球的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0019]图2为本专利技术实施例2制备的二氧化硅空心微球的扫描电子显微镜(SEM)图；
[0020]图3为本专利技术实施例3制备的二氧化硅空心微球的扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式
[0021]以下结合实施例对本专利技术做进一步的说明。
[0022]实施例1
[0023](1)将200ml 0.17wt％聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇加入到三颈烧瓶中，混合均匀后，通入氮气，持续0.5h，将氧气排空，将温度升至70℃，缓慢加入15ml 20wt％偶氮二异丁腈与苯乙烯的混合溶液。在氮气气氛下持续搅拌24h后，将所得反应液放入离心机中超速离心，去除上清液，用无水乙醇清洗下层沉降物并重复离心步骤5次，将所得离心产物置于70℃下真空干燥24h，得到亚微米级聚苯乙烯微球；
[0024](2)称取0.15g上述亚微米级聚苯乙烯微球，与0.1g十六烷基三甲基溴化胺加入到水(160ml)/乙醇(80ml)的混合溶液中，超声分散30min得到分散均匀的悬浮液，再加入2ml氨水搅拌30min，在一定的搅拌速度下，逐滴加入0.1ml的正硅酸乙酯，持续搅拌反应20h后，将所得反应液放入离心机中超速离心，去除上清液，用高纯水和乙醇分别清洗三次并放入烘箱120℃下干燥12h；将干燥后的聚苯乙烯和二氧化硅核壳结构的样品放入箱式炉中加热到100℃，保温4h后，再加热至500℃，保温2h，去除聚苯乙烯模板，得到有介孔的二氧化硅空心微球；
[0025](3)称取0.15g有介孔的二氧化硅空心微球，与0.05g十六烷基三甲基溴化胺加入到水(160ml)/乙醇(80ml)的混合溶液中，超声分散30min，得到分散均匀的悬浮液，再加入2ml氨水搅拌30min；在60r/min的搅拌速度下，逐滴加入0.1ml的正硅酸乙酯，持续搅拌反应20h后，将得到的悬浊液放入离心机中超速离心，去除上清液，用高纯水和乙醇分别清洗三次并放入烘箱120℃下干燥12h；在1150℃下，通过火焰漂浮法对所得干燥物进行二次烧结
强化，其中，火焰漂浮法烧结的成型温度为1000℃，加料速度为30g/min，给料风速4m/s，引风速度5m/s；得到无介孔的二氧化硅空心微球。
[0026]附图1为本专利技术实施例1制备得到的二氧化硅空心微球的扫描电子显微镜(SEM)图。由图1可知，二氧化硅空心微球粒径均匀，平均密度为0.62g/cm3。
[0027本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：将表面有介孔的二氧化硅空心微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1
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1小时，加入硅源，持续搅拌反应直至得到悬浊液，分离，干燥，所得产物在800
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1000℃下通过火焰漂浮法进行烧结，获得无介孔的二氧化硅空心微球。2.根据权利要求1所述的采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：所述表面有介孔的二氧化硅空心微球的获得方法，包括如下步骤：(1)在氮气氛围和60
‑
80℃下，向含聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液中加入偶氮二异丁腈与苯乙烯的混合溶液，持续搅拌反应20
‑
30h，离心，用无水乙醇反复清洗下层沉降物，干燥，得到亚微米级聚苯乙烯微球；(2)聚苯乙烯微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1
‑
1小时，加入正硅酸乙酯，持续搅拌反应直至得到悬浊液，分离，干燥，加热除去聚苯乙烯，获得有介孔的二氧化硅空心微球。3.根据权利要求1或2所述的采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：所述表面活性剂为十...

【专利技术属性】
技术研发人员：王华文，汤红运，彭小波，杨小菲，陈凯，董为勇，温家俊，
申请(专利权)人：安徽凯盛基础材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：