[發明專利]一種中空二氧化硅微球的制備方法

無效

• 申請號: 201010106985.8
• 申請日: 2010-02-09
• 公開（公告）號: CN101817530A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 劉世權;邱芹
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12;B01J13/02
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明涉及一種二氧化硅微球材料的制備，尤其涉及一種中空二氧化硅微球的制備方 法。

背景技術

中空微球材料屬于功能材料，在催化劑載體、藥物的存儲與緩釋、生物活性分子的包 覆、化妝品以及輕質填料等很多領域都有著廣泛的應用。模板法是制備中空微球的常用方 法，較多用的是以聚苯乙烯(PS)微球為模板，在其上包覆新生成的SiO2二氧化硅納米粒 子形成球殼，再煅燒除去PS模板得到中空SiO2微球。

武曉峰、Tan?Bing、Zhang?Shigang、Yang?Mu等(稀有金屬材料與工程，2007，36，p217-291； Langumir，2005，21，8180-8187；Materials?Chemistry?and?Physcis，2008，11，p5-8.)采 用十六烷基三甲基溴化銨或依靠在PS微球表面引入功能團，通過功能團與二氧化硅納米粒 子間的親和力來完成PS微球和二氧化硅納米粒子組裝，再煅燒除去PS模板得到中空SiO2 微球。Yan-Bo?Zhang等(Materials?Letters，2003，58，p222-225)用PDDA和PSS對PS 微球表面改性使其荷正電，通過靜電吸引SiO2微球，最終去除模板得到中空結構。Li和 Kim(Langmuir，2008，24，p10552)采用等離子體技術處理PS微球，使其表面生成OH基團， 從而易于吸附正硅酸乙酯(TEOS)水解縮聚產生的二氧化硅納米粒子來完成組裝。

現有技術采用價格昂貴的表面活性劑(如十六烷基三甲基溴化銨等)或其它功能團來 修飾帶負電的PS微球，步驟復雜，且增加成本。

發明內容

本發明通過選擇合適的二氧化硅生成體系，不使用修飾劑對PS模板進行修飾，通過控 制水解縮聚反應速率及生成的二氧化硅納米粒子的聚集狀態，可使二氧化硅納米粒子直接 沉積在PS微球表面，形成PS-SiO2復合微球，經煅燒去除PS微球即形成中空結構。

本發明的中空二氧化硅微球的制備方法，采用下述步驟：

(1)將65ml乙醇和5ml水加入燒杯中，攪拌均勻后加入5～10ml氨水繼續攪拌5～30min， 再加入2～10ml正硅酸乙酯后于1-5min內迅速加入0.5～7g聚苯乙烯微球，然后常溫攪拌反 應1-3h；

(2)將上述反應后混合物抽濾，洗滌，濾餅先于常溫干燥，然后加熱至500-600℃，保溫 5-8h后停止加熱，在爐中冷卻至室溫，收集樣品。

其中，步驟(1)中聚苯乙烯微球PS還可在正硅酸乙酯加入前加入，如在乙醇和水混 合均勻后加入；或在乙醇、水和氨水混勻后加入。

所述步驟(1)中優選質量濃度為25％的氨水5ml，正硅酸乙酯優選5ml，聚苯乙烯微球 優選7g。

所述步驟(2)中洗滌時，最好以使抽濾后的清液無泡沫為止；步驟(2)中最好應以1 ℃/min的升溫速率加熱至550℃并保溫6h。

本發明所用的模板聚苯乙烯微球可以通過分散聚合法(H.Bamnolker，S.Margel，Journal of?Polymer?Science，Part?A，Polymer?Chemistry，1996，34，p1857-1871.)制備而得。

本發明的中空二氧化硅微球的制備方法通過控制反應各組分中氨水、TEOS的用量來調 控硅源的水解縮聚速率，從而減小二氧化硅納米顆粒間及其與PS微球間的靜電排斥力，實 現帶負電荷的二氧化硅納米粒子在帶負電荷的PS微球表面直接沉積，干燥的聚苯乙烯微球 是采用分散聚合法制備的，在乙醇-水-氨水體系中其表面顯負電性，從而形成PS-SiO2復合 微球，經煅燒去除PS微球即形成中空SiO2微球。

本發明的中空二氧化硅微球的制備方法的有益效果是：采用PS微球未經任何修飾在常 溫下反應即可直接制得中空SiO2微球，簡化了合成程序，制備過程簡單，易于控制和實現， 構成的中空微球的納米顆粒具有小于2納米的微孔，而納米顆粒間有幾十納米的中孔和大 孔，這樣的多層次納米孔結構有利于物質吸附與傳輸。

附圖說明

圖1為中空二氧化硅微球的掃描電鏡(SEM)照片。

圖2為中空二氧化硅微球的SEM照片。

具體實施方式

實施例1