一种利用St制造技术

本发明专利技术公开了一种利用法制备聚硅氮烷纳米微球的方法，包括：(1)将去离子水、无水乙醇、氨混合均匀得到溶液A；(2)以无水乙醇作为溶剂，将硅氮烷低聚物溶于无水乙醇中形成浓度为0.01

【技术实现步骤摘要】
一种利用法制备聚硅氮烷纳米微球的方法


[0001]本专利技术属于无机纳米材料
，具体涉及一种利用法制备聚硅氮烷纳米微球的方法。

技术介绍

[0002]聚硅氮烷是由硅原子和氮原子交替排列形成主链由Si
‑
N键构成基本骨架的聚合物，是一种聚合物基陶瓷前驱体，在实际应用中具有：1、优良的物理性能和力学性能，硬度高；2、在多种材料表面的附着力好；3、出色的成膜物，耐高温，化学稳定性和环境适应性好等优点，目前常用于航天航空等高精尖领域。在民用领域，聚硅氮烷常作为树脂用于对基材表面的防护。如Rossi等人使用聚硅氮烷Durazane1500作为树脂，在AA1050铝板上固化成膜可为基材提供疏水性，用于防涂鸦表面防护材料。Gardelle等人通过火炬测试研究了聚硅氮烷基涂料的热降解和防火性能，涂层热稳定性优异，在阻燃剂的协同作用下可实现材料耐热防腐蚀等方面的应用。
[0003]虽然有机聚硅氮烷的应用已经有了一定的研究基础，但对于其可控制备获得纳米聚硅氮烷材料的研究仍存在一定的困难。W.Yang等人将聚硅氮烷经过催化辅助裂解制得超长单晶氮化硅纳米带，具有光滑的表面和均匀的直径，但是多晶结构容易发生错位和堆叠。J.Wan等人在聚合物前驱体裂解的基础上，采用不同的路径加工氮化硅和碳化硅纳米复合材料。电场辅助烧结处理(EFAS)可以产生微米
‑
纳米或纳米
‑
纳米复合材料，但是高压烧结容易导致微观结构多样化。Y.Yu等人用聚硅氮烷，经过聚合沉淀过程、高温裂解转化，制备出球形不含氧的碳氮化硅球形颗粒，所合成的陶瓷球形颗粒表现出接近完美的球形形状，并且粒径分布较窄，但所制备的球形颗粒粒径较大，且设备比较昂贵、操作比较复杂。因此，开发条件简易、操作简单、经济易得的聚硅氮烷纳米材料的制备方法具有重要的实际应用价值。
[0004]法是一种合成单分散硅纳米颗粒的物理化学方法，由Werner等人最先发现。1956年，Kolbe首次使用氨水为催化剂催化正硅酸四乙酯(TEOS)得到了球形的二氧化硅颗粒，和Fink于1968年系统地研究了醇酯混合溶剂，正硅酸四乙酯水解和缩合制备微米级SiO2微球的生长条件。利用氨水催化TEOS的方法合成多种分散性良好的二氧化硅球膜，且尺寸可以控制、表面容易功能化。
[0005]传统法在初始阶段反应迅速，成核过程十分短促，因此反应初始阶段不易实现对纳米结构的控制。本专利技术创性地利用方法制备得到聚硅氮烷纳米微球，是在经典法的基础上，经过改进，仅使用两步法制备得到粒径均匀的聚硅氮烷纳米微球。进一步，本专利技术通过控制反应物浓度调控纳米粒子的粒径大小，工艺简单、粒径均匀，分散性良好。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种制备聚硅氮烷纳米微球的方法，具体是在经典法的基础上，经过改进，通过控制反应物浓度来调控纳米粒子的粒径大小，制备得到分散性良好的纳米微球。
[0007]第一方面，本专利技术提供一种聚硅氮烷纳米微球的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
[0008](1)将去离子水、无水乙醇、氨混合均匀，得到溶液A；其中水、无水乙醇、氨水的体积比为8
‑
15:3
‑
8:2
‑
4；
[0009](2)以无水乙醇作为溶剂，将硅氮烷低聚物溶于无水乙醇中形成浓度为0.01
‑
0.04mol/L的溶液B；
[0010](3)将B溶液快速加入到A溶液中，密封反应；
[0011](4)反应1
‑
2min后调整搅拌速度至500
‑
550rpm，反应20
‑
24h；
[0012](5)停止反应，将反应液经过滤及离心处理后，所得的固体放入真空干燥箱干燥10
‑
12h，得到聚硅氮烷纳米微球。
[0013]优选的，步骤(1)中氨水的浓度为25
‑
50wt％，水、无水乙醇、氨的体积比为8
‑
10:3
‑
8:2
‑
4。
[0014]优选的，步骤(2)中硅氮烷低聚物的浓度优选为0.01
‑
0.03mol/L。
[0015]优选的，本专利技术所述的硅氮烷低聚物结构如式Ⅰ所示：
[0016][0017]其中，R1、R2相同或者不同，R1和R2独立的选自
‑
H、
‑
CH＝CH2、C1‑
C4烷基、苯基或
‑
NH2中的一种，m和n代表单体组成百分数，取值为0
‑
1之间，m+n＝1。
[0018]本专利技术所述的C1‑
C4烷基选自甲基、乙基、丙基、正丁基、异丁基、叔丁基。
[0019]更优选的，本专利技术所述的硅氮烷低聚物通过如下方法制备得到：
[0020](a)向反应装置中加入有机溶剂，加入硅烷化合物，通入氨气，降温反应；
[0021](b)减压抽滤收集滤液，旋转蒸发除去滤液溶剂；
[0022](c)室温下，将3
‑
氨丙基三乙氧基硅烷与步骤(2)产物混匀，静置10
‑
20小时，在氨气气氛中升温至70
‑
80℃，搅拌反应1
‑
2小时，降至室温，得到硅氮烷低聚物。
[0023]步骤(a)中所述的硅烷化合物选自甲基二氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基苯基二氯硅烷中的一种或两种以上的组合。
[0024]在本专利技术的具体实施方式中，所述的硅氮烷低聚物如式II、Ⅲ所示：
[0025][0026]其中，p+q+r＝1，p、q、r表示单体组成百分数，取值为0
‑
1之间，R2选自甲基或氢中的一种。
[0027][0028]其中，p+q+r＝1，p、q、r表示单体组成百分数，取值为0
‑
1之间，R2选自苯基或氢中的一种。
[0029]本专利技术提供的聚硅氮烷纳米微球是以硅氮烷低聚物为原料、醇类作为溶剂，在氨水的催化作用下发生缩合聚合制备得到的。本专利技术技术人员使用法制备纳米微球不使用表面活性剂和分散剂，操作简单，对聚硅氮烷纳米材料的应用提供便利的生产条件。此外，本专利技术使用法制备纳米微球在制备过程中无需使用任何模板，操作步骤简单，不需要再次通过煅烧或者化学刻蚀的方式除去模板，大大降低了制备成本；同时也无需加入乳化剂，在使用过程中不存在乳化剂残留问题。本专利技术仅仅通过催化剂催化缩聚反应以及后续的处理，即可得到分散性良好的聚硅氮烷纳米微球。
附图说明
[0030]图1聚硅氮烷纳米微球的制备路径图；
[0031]图2实施例1制备的聚硅氮烷纳米微球的粒径分布图；
[0032]图3实施例1制备的聚硅氮烷纳米微球扫描电镜图；
[0033]图4实施例2制备的聚硅氮烷纳米微球的粒径分布图；
[0034]图5实施例2制备的聚硅氮烷纳米微球扫描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚硅氮烷纳米微球的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)将去离子水、无水乙醇、氨混合均匀，得到溶液A；其中水、无水乙醇、氨的体积比为8
‑
15:3
‑
8:2
‑
4。(2)以无水乙醇作为溶剂，将硅氮烷低聚物溶于无水乙醇中形成浓度为0.01
‑
0.04mol/L的溶液B；(3)将B溶液快速加入到A溶液中，密封反应；(4)反应1
‑
2min后调整搅拌速度至500
‑
550rpm，反应20
‑
24h；(5)停止反应，将反应液经过滤及离心处理后，所得的固体放入真空干燥箱干燥10
‑
12h，得到聚硅氮烷纳米微球。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中氨水的浓度为25
‑
50wt％。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，水、无水乙醇、氨的体积比为8
‑
10:3
‑
8:2
‑
4。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中硅氮烷低聚物的浓度为0.01
‑
0.03mol/L。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的硅氮烷低聚物结构如式Ⅰ所示：其中，R1、R2相同或者不同，R1和R2独立的选自
‑
H、
‑
CH＝CH2、C1‑
C4烷基、苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵玮，王庆富，夏昕，张振朋，李春雨，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：