一种单分散二氧化硅微球的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种单分散二氧化硅微球的制备方法，包括如下制备步骤：（１）利用Ｓｔｏｂｅｒ法合成单分散二氧化硅微球种子：在１０－６０℃的反应温度下，在醇、水和氨水溶剂体系中，加入０．１－０．５ｍｏｌ／Ｌ浓度的四乙氧基硅烷的醇溶液反应得到单分散二氧化硅微球种子；（２）利用种子生长法，以上述二氧化硅微球种子制备二氧化硅微球：以二氧化硅微球种子、氨水和醇配成浓度为１０１５－１０１７个／Ｌ的二氧化硅种子液，在１０－６０℃反应温度下，加入浓度为０．５－５．０ｍｏｌ／Ｌ的氨水－醇溶液和０．１－５．０ｍｏｌ／Ｌ的四乙氧基硅烷醇溶液反应得到单分散二氧化硅微球悬浮液。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，尤其是粒径分布为1OO-8OOnm单分散二氧化硅微球的制备方法。
技术介绍
形状规范、粒度均一的单分散二氧化硅微球(SiO2)由于具有优越的稳定性、补强 性、触变性，以及组成单一和表面易功能化等特点，在橡胶、塑料、涂料、颜料、催化剂、色谱 填料、高性能陶瓷等材料学领域都有着非常广泛的应用；此外，还由于其在有机溶剂中不溶 胀和不易受细菌侵蚀，有着良好的生物兼容性，可广泛应用于分子生物学，包括生物细胞分 离和医学工程、化妆品、药物、医学诊断以及免疫测定等。近年来，更引起人们研究兴趣的是 用单分散二氧化硅微球为原料自组装制备光子晶体。二氧化硅微球的制备方法很多，如微乳液法、化学气相沉淀法、Stober法。微乳液 法在制备过程中需要使用大量的有机物，其回收较难，成本高且会对环境造成污染；而化学 气相沉淀法则需要特定的设备，能耗较高。以溶胶一凝胶法为基础的Stober法采用醇作溶 剂使硅酸盐在氨水催化下水解缩聚，再经一定的后处理制备二氧化硅微球，其工艺简单，成 本低，而且可以得到单分散性较好的产品。几十年来，二氧化硅微球的制备方法取得了较大的进步。1956年Koble等人在乙 醇溶液中，用正硅酸乙酯缩合生成了单分散二氧化硅微球，Stober等人对此反应进行了较 为系统的研究，1968年，以乙醇为溶剂制做出了较小粒径的二氧化硅微球。此后，学者们对 此方法不断进行改进和完善。祝民权比较系统研究了传统溶胶一凝胶法与多步生长法对二 氧化硅微球单分散性及球形度的影响。曹维孝等通过调节四乙氧基硅烷(TEOS)/水/氨水 间的比例，得到不同粒径(35 750nm)、单分散性的二氧化硅胶体颗粒。张辉等运用统计模 式识别LMAP法优化了单分散二氧化硅微球的制备工艺。另外，近几年国内关于单分散二氧 化硅微球的制备也有涉及。CW974385介绍了一种以金属硅粉在一定量碱催化作用下与水 反应制备出单分散二氧化硅微球，其关键技术是控制碱液的加入速度使新生成的微球前体 浓度低于新核形成的浓度。CN101492164利用种子一生长多步法，通过选择种子制备及生长 过程中合适的乙醇、氨水和水的比例，制得粒径偏差低于3%、具有高圆度和单分散二氧化硅 微球。虽然人们对单分散二氧化硅体系有了系统深入的了解，由于单分散体系的形成过 程对条件十分敏感，过程中的两个主要反应水解和缩合的速率关系随着反应条件的变化而 不断改变，而微球的生长速率也随着水解和缩合进行变化，使得单分散二氧化硅微球的制 备至今仍都局限在实验室中，还难以达到批量生产的规模。
技术实现思路
本专利技术的且血是提供一种实验条件温和、工艺简单、且粒径可控的单分散二氧化 硅微球的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是，包括如下制备步骤(1)利用Stober法合成单分散二氧化硅微球种子在10-60°C的反应温度下，在醇、水 和氨水溶剂体系中，加入0. 1-0. 5mol/L浓度的四乙氧基硅烷的醇溶液反应得到单分散二 氧化硅微球种子；(2)利用种子生长法，以上述二氧化硅微球种子制备二氧化硅微球以二氧化硅微球种 子、氨水和醇配成浓度为1015-1017个/L的二氧化硅种子液，在10-60°C反应温度下，加入浓 度为0. 5-5mol/L的氨水-醇溶液和0. l-5mol/L的四乙氧基硅烷醇溶液反应得到单分散二 氧化硅微球悬浮液。所述步骤(1)中的醇为脂肪醇；所述脂肪醇为乙醇；所述脂肪醇也可以为正丙醇。所述步骤(1)中的温度为40-50°C。有益效果由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本专利技术具有如下优点 (1)以往工艺难以达到批量生产的规模，本工艺实验条件温和、工艺简单易操作，可达到批量生产的规模，易于实现工业化，由于反应条件温和，易于操作，可放大到公斤级的规 模。(2)通过本工艺可以获得高圆度、窄分布、且粒径可控的单分散二氧化硅微球，通 过反应溶剂的选择及反应温度的控制，得到的二氧化硅微球分布更均勻，得到的二氧化硅 微球粒径分布偏差不大于2%。具体实施例方式实施例1 (1)利用Stober法合成单分散二氧化硅微球种子向一干净的250ml的四口烧瓶中加 入正丙醇120ml、水10. 4ml和氨水9. 5ml，开启机械搅拌，控制转速为450r/pm，控制温度为 10°C，缓慢滴加0. 23mol/L的TE0S-正丙醇溶液26ml，25分钟，反应得到单分散二氧化硅 微球种子；(2)利用种子生长法，以上述二氧化硅微球种子制备二氧化硅微球在一干净的500ml 的四口烧瓶中加入(1)中制备的二氧化硅微球种子悬浮液20ml、正丙醇100ml、水23ml和氨 水16ml配成浓度为1015个/L的二氧化硅种子液，开启搅拌控制转速为450rpm。25°C下，同 时缓慢滴加2. Omol/L的氨水-正丙醇溶液和0. 23mol/L的TE0S-正丙醇溶液，TE0S水解 生成的二氧化硅在二氧化硅微球种子外表面上生长。分别消耗氨水-正丙醇溶液43ml和 TE0S-正丙醇溶液234ml继续反应8小时，经过离心、洗涤数次得到lOOnm的单分散二氧化 硅微球，粒径分布偏差为1. 9%。实施例2:(1)利用Stober法合成单分散二氧化硅微球种子向一干净的250ml的四口烧瓶中 加入乙醇130ml、水11. 6ml和氨水9. 8ml，开启机械搅拌，控制转速为450r/pm，控制温度为 20°C，缓慢滴加0. 21mol/L的TE0S-乙醇溶液31ml，25分钟，反应得到单分散二氧化硅微 球种子；(2)利用种子生长法，以上述二氧化硅微球种子制备二氧化硅微球在一干净的500ml 的四口烧瓶中加入(1)中制备的二氧化硅微球种子悬浮液20ml、乙醇120ml、水20ml和氨水15ml配成浓度为IO15个/L的二氧化硅种子液，开启搅拌控制转速为450rpm。35°C下，同时 缓慢滴加0. 5mol/L的氨水-乙醇溶液和0. lmol/L的TEOS-乙醇溶液，TEOS水解生成的二 氧化硅在二氧化硅微球种子外表面上生长。分别消耗氨水_乙醇溶液46ml和TEOS-乙醇 溶液209ml继续反应7小时，经过离心、洗涤数次得到200nm的单分散二氧化硅微球，粒径 分布偏差为1. 7%。实施例3:(1)利用Stober法合成单分散二氧化硅微球种子向一干净的250ml的四口烧瓶中 加入乙醇125ml、水10. 6ml和氨水8. 8ml，开启机械搅拌，控制转速为450r/pm，控制温度为 400C，缓慢滴加0. 31mol/L的TEOS-乙醇溶液27ml，25分钟，反应得到单分散二氧化硅微 球种子；(2)利用种子生长法，以上述二氧化硅微球种子制备二氧化硅微球在一干净的500ml 的四口烧瓶中加入(1)中制备的二氧化硅微球种子悬浮液20ml、乙醇140ml、水30ml和氨 水21ml配成浓度为IO15个/L的二氧化硅种子液，开启搅拌控制转速为450rpm。40°C下， 同时缓慢滴加4mol/L的氨水-乙醇溶液和3mol/L的TEOS-乙醇溶液，TEOS水解生成的二 氧化硅在二氧化硅微球种子外表面上生长。分别消耗氨水_乙醇溶液49ml和TEOS-乙醇 溶液256ml继续反应5小时，经过离心、洗涤数次得到400nm的单分散二氧化硅微球本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：（１）利用Ｓｔｏｂｅｒ法合成单分散二氧化硅微球种子：在１０－６０℃的反应温度下，在醇、水和氨水溶剂体系中，加入０．１－０．５ｍｏｌ／Ｌ浓度的四乙氧基硅烷的醇溶液反应得到单分散二氧化硅微球种子；　（２）利用种子生长法，以上述二氧化硅微球种子制备二氧化硅微球：以二氧化硅微球种子、氨水和醇配成浓度为１０↑［１５］－１０↑［１７］个／Ｌ的二氧化硅种子液，在１０－６０℃的反应温度下，加入浓度为０．５－５．０ｍｏｌ／Ｌ的氨水－醇溶液和０．１－５ｍｏｌ／Ｌ的四乙氧基硅烷醇溶液反应得到单分散二氧化硅微球悬浮液。

【技术特征摘要】
一种单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤(1)利用Stober法合成单分散二氧化硅微球种子在10 60℃的反应温度下，在醇、水和氨水溶剂体系中，加入0.1 0.5mol/L浓度的四乙氧基硅烷的醇溶液反应得到单分散二氧化硅微球种子； (2)利用种子生长法，以上述二氧化硅微球种子制备二氧化硅微球以二氧化硅微球种子、氨水和醇配成浓度为1015 1017个/L的二氧化硅种子液，在10 60℃的反应温度下，加入浓度为0.5 5.0mol/L的氨...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪志勇，吴建才，陈胜利，
申请(专利权)人：纪志勇，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]