[發明專利]一種表面含硅烷修飾的中空二氧化硅微球的制備方法

有效

• 申請號: 201710834831.2
• 申請日: 2017-09-15
• 公開（公告）號: CN107746059B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 戴紹斌;王新;黃健;馬保國;江奇
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18;C08F283/06;C08F220/06;C08F230/08
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 崔友明;閉釗

本發明涉及一種表面含硅烷修飾的中空二氧化硅微球的制備方法，首先利用氨水和乙醇使單分散的介孔中空二氧化硅微球表面羥基化，接著將其與含硅烷鍵合改性超塑化劑的乙醇溶液混合修飾，經分離、洗滌、干燥等工序制備出表面含硅烷鍵合改性超塑化劑修飾的二氧化硅微球。通過本發明方法制得的改性二氧化硅微球分散性得到了大幅提高，可直接單獨作為功能填料使用，將其分散在墻體板材中降低了板材的導熱系數，將其填充到裝配式建筑的內外墻材料中提高了裝配式建筑的保溫隔熱性能。

技術領域

本發明涉及納微米材料技術領域，具體涉及一種表面含硅烷修飾的中空二氧化硅微球的制備方法。

背景技術

介孔中空二氧化硅微球為無定型白色粉末，是一種無毒、無味、無污染的非金屬材料。由于其具有粒徑小、純度高、比表面積大、分散性和機械性能好等優點，被廣泛應用于色譜柱填料、涂料、催化劑等行業。此外，介孔中空二氧化硅微球還具有高生物活性、親水性、表面硅羥基易功能化等優點，使其在生物檢測、藥物、醫學診斷以及免疫測定等方面都有著潛在的應用價值，在復合材料、記錄材料、光子晶體、傳感器、吸附劑、顏料和化妝品等相關材料和研究領域也有重要應用。

目前，納米二氧化硅微球的制備方法主要可以分為干法和濕法兩類，通常使用濕法中的氣相沉積法、反相微乳法、沉淀法以及溶膠-凝膠法。氣相沉積法可以制備單分散性好的二氧化硅微球，但該法所使用到的儀器設備價格昂貴且需要對操作條件進行嚴格控制。反相微乳法的制備過程中需要使用大量有機溶劑且不易回收，會對環境造成污染。沉淀法所用的原料便宜易得，但制得的二氧化硅微球粒徑單分散性較差。以溶膠-凝膠法為基礎的Stober法是在堿性條件下通過TEOS的水解縮聚來制備二氧化硅微球，該方法簡便易操作、成本較低，而且能夠得到單分散性較好的納米級二氧化硅微球。

在有些應用領域中，為達到在介質中均勻分散二氧化硅微球的目的，一般可以采用兩種方法：1)加入分散劑；2)對微球表面進行硅烷基化處理或制備雜化微球。通過這兩種方法可降低微球粒子的表面能，提高粒子與分散介質的親和力，改善粒子的分散性能。加入分散劑的方法一般是加入表面活性劑或水溶性高分子聚合物，使它們吸附到二氧化硅微球表面以改變其表面性質。采用這種方法分散微球，分散劑一般是物理吸附到二氧化硅微球表面，分散劑與微球結合不夠牢固，從而使微球的分散情況易受環境影響。

目前國內還沒有人提出含硅烷鍵合改性超塑化劑修飾的介孔中空二氧化硅微球的表面改性思路，在國內工業生產中也還沒有人提出。國內針對二氧化硅微球的表面改性和含硅烷鍵合改性超塑化劑的應用方面提出了少量專利申請，但是并沒有將兩者通過化學鍵合成一種材料，從而實現兩者在材料中功能化的統一。

中國專利CN103694744B介紹了一種表面含硫硅烷修飾的二氧化硅微球及其合成方法，原料配方中含有二氧化硅微球、3-巰丙基三烷氧基硅烷和酰氯，其通過二氧化硅微球與3-巰丙基三烷氧基硅烷在酸催化作用下發生脫硫反應，再與酰氯反應，制備出表面含硫硅烷修飾的二氧化硅微球。該方法所得到的二氧化硅微球可以直接用作橡膠填料，同時不再排出可揮發小分子，提高了橡膠性能，能夠保護環境。但是在制備表面含硫硅烷修飾的二氧化硅微球時有揮發性氣體排出，不利于人體保護。

中國專利CN105949402A介紹了一種抗硫酸鹽競爭吸附型硅烷改性聚羧酸減水劑及其制備方法，所述的抗硫酸鹽競爭吸附型硅烷改性聚羧酸減水劑是通過異戊烯醇聚氧乙烯醚、丙烯酸和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷反應而得。此發明具有與水泥基材料吸附作用強，抗硫酸鹽競爭吸附效果好，與水泥的相容性好，制備工藝簡單等優點。但是此方法合成的抗硫酸鹽競爭吸附型硅烷改性聚羧酸減水劑只是利用其和水泥基材料的靜電引力進行物理吸附，作用力不強，導致遇到更強的力時容易與水泥基材料脫吸附，使水泥基材料的分散性變差。

發明內容