[發明專利]微米級單分散性二氧化硅微球的制備方法

無效

• 申請號: 200910264150.2
• 申請日: 2009-12-31
• 公開（公告）號: CN102115089A
• 公開（公告）日: 2011-07-06
• 發明（設計）人: 夏明珠;趙貝貝;雷武;田彩華;王風云
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

技術領域

本發明涉及二氧化硅微球技術，特別是一種微米級單分散性二氧化硅微球的制備方法。

背景技術

二氧化硅微球以其物理性質如粒徑分布、孔結構、比表面積易于控制、表面易改性等優點，廣泛應用于藥物緩釋載體、催化劑載體、光子晶體、高性能陶瓷等領域，而單分散性微米級二氧化硅微球更是高效液相色譜固定相基質、牙科填料、液晶顯示器偏振膜墊片等的最佳選擇。根據其技術原理，二氧化硅微球的制備方法可分為四類：(1)聚合誘導膠體凝聚法；(2)溶膠-凝膠法；(3)噴霧干燥法；(4)乳狀液法，但制備工藝繁瑣，二氧化硅微球的形狀控制、粒徑分布、各批次間重復性等仍是棘手的問題。

等首次采用溶膠-凝膠法，在氨催化作用下將四乙氧基硅烷水解縮合成納米級單分散性二氧化硅微球，但該法很難制備出微米級微球(W，FinkA.Controlled?growth?of?monodisperse?silica?spheres?in?the?micron?size?range，Journalof?Colloid?and?Interface?Science，1968，26：62～69)。Unger等首先制得二氧化硅晶核，再以極緩慢的速度滴加硅源溶液和氨水的醇溶液，使二氧化硅晶核緩慢生長，制得0.05～10μm無孔單分散二氧化硅微球。為防止新核形成，硅源溶液的滴加速度極慢，3μm單分散性二氧化硅微球的生長過程長達5天(Unger?K，Giesche?H，Kinkel?J，Spherical?SiO₂?particles，US?4775520，1988)。David降低成核階段反應溫度，先生成較大晶核，晶核生長階段則在室溫下完成，該法制備的2.5μm以上二氧化硅微球粒徑分布范圍過寬，微球呈多分散性(Anderson?D?J，Lawn?O，Process?for?forming?large?silica?spheres?by?low?temperature?nucleation，US5425930，1995)。Chang和Lee提出了二氧化硅晶核二次生長模型，討論了成核過程與體系過飽和度的關系，提出了得到單分散性微球所需的條件，但其制備的最大單分散性微球粒徑僅為1μm(Sang?Mok?Chang；Minhyung?Lee；Woo-Sik?Kim，Preparation?of?large?monodispersed?spherical?silica?particles?using?seed?particlegrowth.Journal?of?colloid?and?interface?science，2005，286，536)。

發明內容

本發明的目的在于提供一種制備微米級單分散性二氧化硅微球的方法，該制備方法簡單易行、成本較低、批次間重復性好，其所制備出的二氧化硅微球球形均勻、單分散性好。

實現本發明目的的技術解決方案為：本發明微米級單分散性二氧化硅微球的制備方法，包括以下步驟：

(1)將氨水、溶劑、超純水按比例混合均勻，配制成水解液，其中氨水為催化劑，溶劑為乙醇或丙酮；

(2)將四乙氧基硅烷溶液溶解在步驟(1)配制的溶液中，均勻攪拌使四乙氧基硅烷水解縮合，生成二氧化硅晶核；

(3)分別向步驟(2)配制的二氧化硅晶核溶液中連續滴加步驟(1)制得的水解液和四乙氧基硅烷溶液，使二氧化硅晶核逐漸長大；

(4)將步驟(3)所得溶液進行密閉攪拌反應并靜置沉化，將容器底部白色沉淀減壓抽濾分離，并用乙醇、丙酮反復洗滌至中性，干燥得到目標產物微米級單分散性二氧化硅微球。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：(1)采用溶膠-凝膠法，首先在低溫條件下催化水解四乙氧基硅烷得到二氧化硅晶核，再分別以一定速度加入四乙氧基硅烷和水解液，使初始晶核逐漸生長并有效防止二次成核，最終制得微米級二氧化硅微球；(2)該方法制得的單分散性二氧化硅微球粒徑最大可達5μm，微球粒徑分布寬度指數小，單分散性好；(3)操作簡單易行，控制溫度、攪拌速度、原料配比等條件，各批次間的重復性好。

附圖說明

圖1為本發明制備微米級單分散性二氧化硅微球的流程示意圖。

圖2為本發明實施例1制得二氧化硅微球紅外光譜圖。

圖3為本發明實施例1制得的多分散性二氧化硅微球掃描電鏡照片。

圖4為本發明實施例2制得的平均粒徑為1.6μm的多分散性二氧化硅微球掃描電鏡照片。

圖5為本發明實施例3制得的平均粒徑為2.6μm的單分散性二氧化硅微球掃描電鏡照片。