有机硅微球及其制备方法技术

本发明专利技术属于微球材料领域，提供一种有机硅微球及其制备方法，该方法包括：将烷氧基硅烷单体与水、极性有机化合物和催化剂水溶液混合，得到水相；将非极性有机化合物和表面活性剂混合，得到油相；将所述水相分散于所述油相中，得到含有机硅微球的悬浮液；将所述含有机硅微球的悬浮液进行分离，得到有机硅微球。由此，该制备方法简便，成本低，有利于规模化制备，可以制得微米级大孔开孔的有机硅微球。可以制得微米级大孔开孔的有机硅微球。可以制得微米级大孔开孔的有机硅微球。

【技术实现步骤摘要】
有机硅微球及其制备方法


[0001]本专利技术属于微球材料领域，具体涉及一种有机硅微球及其制备方法。

技术介绍

[0002]微米级有机硅微球是一种有机
‑
无机杂化材料，一方面具有
‑
Si
‑
O
‑
Si
‑
的无机硅氧链结构作为骨架，另一方面硅原子和有机基团相连，因此兼具无机材料和有机材料的优点。微球的形态和孔结构对性能有非常显著的影响，其中，具有大孔开孔通孔结构的功能性微球具有比表面积大、表面功能基团含量多、孔内外传质快等优点，对功能基团的利用能力得到大幅度提升。
[0003]目前微米级多孔有机硅微球的研究报道很少，少数研究涉及微球内小孔径的开孔结构或大孔径的闭孔结构，所制备的有机硅微球的孔径太小或闭孔结构，难以实现多孔微球内外间的快速传质。现阶段，未见功能性微米级大孔开孔有机硅微球的报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种有机硅微球的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0006]S1：将烷氧基硅烷单体与水、极性有机化合物和催化剂水溶液混合，得到水相；
[0007]S2：将非极性有机化合物和表面活性剂混合，得到油相；
[0008]S3：将所述水相分散于所述油相中，得到含有机硅微球的悬浮液；
[0009]S4：将所述含有机硅微球的悬浮液进行分离，得到有机硅微球。
[0010]根据本专利技术上述有机硅微球的制备方法，烷氧基硅烷单体决定了微球的骨架结构和功能基团，通过选用不同的烷氧基硅烷单体及其组合，可以得到含不同功能基团的微球；极性有机化合物可调节溶胶凝胶过程的速率，影响有机硅聚合物与水相的相容性，进而对微球孔的大小产生影响；将水相分散在包括非极性有机化合物和表面活性剂的油相中，形成反相悬浮聚合体系，非极性有机化合物是油相的主要成分，与水相不互溶，可作为反相悬浮聚合体系的分散介质。在搅拌作用下，水相被分散为球形液滴悬浮于油相中，随着水相内溶胶凝胶过程的进行，球形液滴固化形成有机硅微球，表面活性剂位于油水界面，用于提高水相液滴的稳定性，避免聚并和沉降；最后对含有机硅微球的悬浮液进行分离，得到微米级大孔开孔有机硅微球。由此，本专利技术将反相悬浮聚合与溶胶凝胶相分离法相结合，制备了微米级大孔开孔有机硅微球，微球的粒径、孔径、功能基团均可调控，无需高温煅烧或溶剂抽提等复杂的后处理工序，无需改性即可引入功能基，制备方法简便，成本低，有利于规模化制备。
[0011]根据本专利技术的实施例，步骤S1中，所述烷氧基硅烷单体包括非功能性烷氧基硅烷单体和功能性烷氧基硅烷单体中的至少一种。由此，可调控功能基团，控制功能基团的含量。
[0012]根据本专利技术的实施例，所述非功能性烷氧基硅烷单体包括(R1)
m
Si(OR2)4‑
m
或/和(R2O)3Si
‑
R3‑
Si(OR2)3；
[0013]其中R1为C1‑
C6的烷基或C6‑
C
12
的芳基；
[0014]R2为C1‑
C4的烷基；
[0015]R3为C1‑
C6的亚烷基或氧原子；
[0016]m＝0、1或2。
[0017]根据本专利技术的实施例，所述功能性烷氧基硅烷单体包括Q1‑
R4‑
Si(R6)
n
(OR7)4‑
(n+1)
或/和CH2＝CH
‑
Si(R6)
n
(OR7)4‑
(n+1)
或/和(R7O)3Si
‑
R5‑
Q2‑
R5‑
Si(OR7)3；
[0018]其中Q1为巯基、氨基、氯、(β
‑
氨乙基)氨基、苯胺基、2,3
‑
环氧丙氧基、甲基丙烯酰氧基或3,4
‑
环氧环己烷基；
[0019]R4为
‑
(CH2)
x
‑
，x＝1或x≥3；
[0020]R5为C1‑
C6的亚烷基；
[0021]R6为C1‑
C6的烷基或C6‑
C
12
的芳基；
[0022]R7为C1‑
C4的烷基；
[0023]Q2为二硫键、四硫键或仲胺基；
[0024]n＝0或1。由此，可调控功能基团含量，增大微球孔径，提高开孔率。
[0025]根据本专利技术的实施例，步骤S1中，所述极性有机化合物包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、丁酮、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲酰胺、二甲基亚砜中的至少一种。由此，可增大微球孔径，提高开孔率。
[0026]根据本专利技术的实施例，步骤S2中，所述非极性有机化合物包括液体石蜡、C6‑
C
16
的烷烃、环己烷、苯、甲苯、二甲苯、三甲苯、十氢化萘中的至少一种。由此，可使微球粒径可调，形貌规则，提高反相悬浮聚合体系的稳定性。
[0027]根据本专利技术的实施例，步骤S1中，所述催化剂水溶液包括酸性催化剂水溶液，所述酸性催化剂水溶液包括盐酸、硫酸、硝酸、乙酸、草酸、柠檬酸的水溶液中的至少一种。由此，可以提高反应速率，提高制备效率。
[0028]根据本专利技术的实施例，所述水相的pH为1
‑
5。由此，可以提高反应速率，提高制备效率。
[0029]根据本专利技术的实施例，所述催化剂水溶液包括酸性催化剂水溶液和碱性催化剂水溶液，先将所述烷氧基硅烷单体与水、极性有机化合物和所述酸性催化剂水溶液混合0.5h
‑
24h，调节溶液的pH为3
‑
6，再加入所述碱性催化剂水溶液，调节所述水相的pH为8
‑
12。由此，可以提高反应速率，提高制备效率。
[0030]根据本专利技术的实施例，所述碱性催化剂水溶液包括氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、三乙胺的水溶液中的至少一种。由此，可以提高反应速率，提高制备效率。
[0031]根据本专利技术的实施例，将烷氧基硅烷单体与水、极性有机化合物和催化剂水溶液混合的反应温度为0℃
‑
90℃。由此，可以提高反应速率，提高制备效率。
[0032]根据本专利技术的实施例，步骤S1中，所述水与烷氧基硅烷单体的摩尔比为(1
‑
50)∶1。由此，可增大微球孔径，提高开孔率和反应速率。
[0033]根据本专利技术的实施例，所述极性有机化合物与烷氧基硅烷单体的摩尔比为(0
‑
50)∶1。由此，可增大微球孔径，提高开孔率、反应速率以及微球的稳定性。
[0034]根据本专利技术的实施例，步骤S2中，所述表面活性剂包括非离子表面活性剂。由此，可使微球粒径均一，形貌规则，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机硅微球的制备方法，其特征在于，包括：S1：将烷氧基硅烷单体与水、极性有机化合物和催化剂水溶液混合，得到水相；S2：将非极性有机化合物和表面活性剂混合，得到油相；S3：将所述水相分散于所述油相中，得到含有机硅微球的悬浮液；S4：将所述含有机硅微球的悬浮液进行分离，得到有机硅微球。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述烷氧基硅烷单体包括非功能性烷氧基硅烷单体和功能性烷氧基硅烷单体中的至少一种；任选地，所述非功能性烷氧基硅烷单体包括(R1)
m
Si(OR2)4‑
m
或/和(R2O)3Si
‑
R3‑
Si(OR2)3；其中R1为C1‑
C6的烷基或C6‑
C
12
的芳基；R2为C1‑
C4的烷基；R3为C1‑
C6的亚烷基或氧原子；m＝0、1或2；任选地，所述功能性烷氧基硅烷单体包括Q1‑
R4‑
Si(R6)
n
(OR7)4‑
(n+1)
或/和CH2＝CH
‑
Si(R6)
n
(OR7)4‑
(n+1)
或/和(R7O)3Si
‑
R5‑
Q2‑
R5‑
Si(OR7)3；其中Q1为巯基、氨基、氯、(β
‑
氨乙基)氨基、苯胺基、2,3
‑
环氧丙氧基、甲基丙烯酰氧基或3,4
‑
环氧环己烷基；R4为
‑
(CH2)
x
‑
，x＝1或x≥3；R5为C1‑
C6的亚烷基；R6为C1‑
C6的烷基或C6‑
C
12
的芳基；R7为C1‑
C4的烷基；Q2为二硫键、四硫键或仲胺基；n＝0或1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述极性有机化合物包括甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、丙酮、丁酮、四氢呋喃、N,N
‑
二甲基甲酰胺、甲酰胺、二甲基亚砜中的至少一种；任选地，步骤S2中，所述非极性有机化合物包括液体石蜡、C6‑
C
16
的烷烃、环己烷、苯、甲苯、二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩璐，聂振宇，高荣升，阚成友，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：