[發明專利]高孔率介孔硅質結構

有效

• 申請號: 201710084683.7
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN106744993B
• 公開（公告）日: 2019-11-29
• 發明（設計）人: B·A·基羅斯;C·L·特維;S·T·馬托西;C·J·塔克;A·M·凱利-羅維利
• 申請（專利權）人: 陶氏環球技術有限責任公司
• 主分類號: C01B33/12
• 分類號: C01B33/12
• 代理公司: 11256 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 吳亦華;呂小羽<國際申請>=<國際公布>

一種方法，所述方法包括：A)將選自水溶性二氧化硅源和堿金屬硅酸鹽的一種或多種氧化硅源與包含一種或多種非離子型表面活性劑的水性反應介質接觸并從而形成包含交聯氧化硅單元的介孔結構，其中所述交聯氧化硅單元具有約1至約100納米的孔并且其中所述水性反應介質表現出pH約0至約4.0；B)將包含所述介孔結構的所述水性反應介質暴露于升高的溫度一段時間以足以獲得期望的結構和孔尺寸。優選的水溶性二氧化硅源包括硅酸或聚硅酸。所述水性反應介質通過合并一種或多種非離子型表面活性劑和水、從而形成包含膠束的水性反應介來制備。優選地，所述水性反應介質還包含能夠溶脹由所述水性反應介質中的表面活性劑形成的膠束的膠束溶脹劑。在一種實施方式中，所述方法形成具有由交聯氧化硅構成的支柱的結構，所述支柱連接至少一部分所述孔形成結構。

本案是申請日為2012年11月19日、申請號為201280057921.0、發明名稱為“高孔率介孔硅質結構”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及基于交聯氧化硅單元的非晶介孔硅質結構以及這種結構的制備方法。

背景技術

介孔結構是指高表面積多孔氧化物，例如氧化硅，其利用氮吸附/脫附等溫線計算的平均孔尺寸不大于約100納米，如Stucky等在美國專利公布2009/0047329中所公開的，所述專利公布以其全部內容通過引用并入本文中。一些介孔氧化物結構可以制備成介孔泡沫的形式。基于介孔氧化硅的結構被認為可用于各種應用中，例如絕熱、處理流血傷口、催化、分子分離、燃料電池、吸附劑、圖案顯示器開發、光電子器件和生物傳感器中，等等。這些介孔結構提供了相對低成本、容易處理和對光致腐蝕的高抗性。

介孔結構一般通過用表面活性劑和任選的膠束溶脹劑在水中的微乳液或乳液，將金屬或類金屬氧化物源如氧化硅，例如原硅酸四乙酯暴露于交聯條件來制備。所述金屬或類金屬氧化物，氧化硅，在所述表面活性劑和任選的膠束溶脹劑形成的膠束表面上形成交聯，以形成基本的介孔結構。孔的尺寸與形成的膠束尺寸有關。膠束的尺寸可通過用一種或多種膠束有機溶劑進行溶脹來調節。含所述介孔結構的反應介質暴露于升高的溫度下，從而進一步調節孔結構和性質。所述介孔結構與水性反應介質分離，并暴露于任何有機材料通過揮發和/或燒盡它們而被除去的溫度下。所述介孔材料的結構可以通過將它們加熱到經歷煅燒的溫度、最高500℃來改變。

通過在X-射線粉末衍射得到的XRD圖譜(2θ＝0-10°)中存在的圖案證明，早期的介孔結構被報告為是結晶的，并表現出介孔尺寸約1.0到約100納米。參見Kresge等US 5,098,684；Beck等US 5,304，363 US 5,304,363；和Kresge等US 5,266,541，以它們的全文通過引用并入本文中。這樣的介孔氧化硅基結構被公開為性質上結晶、脆性并具有薄的孔壁。Pinnavia等的US 6,641,657；和US 6,506,485(以它們的全文通過引用并入本文中)通過制備非晶高度交聯的氧化硅介孔結構來解決這個問題。公開了這樣的介孔結構的連接度(connectivity)Q⁴/(Q³+Q²)比率為2.5至8.0，其中Q⁴是與其它氧化硅單元具有四個鍵的氧化硅單元數量，Q³是與其它氧化硅單元具有三個鍵的氧化硅單元數量，和Q²是與其它氧化硅單元具有兩個鍵的氧化硅單元數量。這樣的介孔結構可以比較致密，表現出比較低的孔體積并具有很少的硅烷醇基。在某些應用、例如在絕緣泡沫中，高孔體積材料是所需的。在其它應用中，高硅醇濃度是合乎需要的，例如，在希望將官能化合物結合到介孔結構中的情況下。也參見Chmelka等，US 2006/0118493；和Stucky US 2009/0047329，以它們的全文通過引用并入本文中。