[發明專利]二氧化硅微球及其制備方法

在審

• 申請號: 202111082056.2
• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113651336A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 張國慶;趙光耀;江必旺
• 申請（專利權）人: 蘇州納微生命科技有限公司
• 主分類號: C01B33/18
• 分類號: C01B33/18
• 代理公司: 蘇州禾潤科晟知識產權代理事務所(普通合伙) 32525
• 代理人: 曾飛

本發明公開一種二氧化硅微球的制備方法，包括如下步驟：將有機硅烷和水混合，并在55℃～80℃的溫度條件下進行水解反應，充分反應之后得到硅醇水溶液；向硅醇水溶液中加入堿溶液，充分反應之后得到含有聚倍半硅氧烷微球的分散液；以及收集含有聚倍半硅氧烷微球的分散液中的聚倍半硅氧烷微球，對聚倍半硅氧烷微球在600℃～800℃的溫度條件下進行熱處理，以除去有機基團，得到二氧化硅微球。本發明技術方案的二氧化硅微球的制備方法簡單易行、環境友好、粒徑高度單分散性并可規模化生產。本發明還公開了一種采用上述任一的二氧化硅微球的制備方法制備得到的二氧化硅微球。

技術領域

本發明涉及微球技術領域，特別是涉及一種二氧化硅微球及其制備方法。

背景技術

當前，二氧化硅微球因其本身的優良的物理和化學性質在光子晶體、光散射劑、催化劑載體、生物樣品的分離純化等方面有著非常廣泛的用途。自1968年及其合作伙伴發表在醇氨溶液中通過四乙氧基硅烷水解縮合制備單分散的二氧化硅微球的工作后，吸引了大量研究者從事溶膠-凝膠法制備單分散二氧化硅微球的研究，極大推動了二氧化硅微球材料的發展和應用。但這種“法”在合成粒徑在幾百納米的二氧化硅微球時表現優異，卻很難合成粒徑在微米級的單分散二氧化硅微球。

而微米級單分散二氧化硅微球在許多高科技領域發揮著重要作用。例如，在色譜分離領域，超高效液相色譜柱填料一般使用亞2μm表面多孔單分散二氧化硅微球，以這種單分散的二氧化硅微球作為色譜柱填料大大提高了液相色譜的分離度、分析速度和檢測靈敏度；在液晶顯示面板領域，我國的出貨量穩居世界第一，微米級單分散的二氧化硅微球常常作為面板中的關鍵材料——間隔物微球；在計量領域，微米級單分散二氧化硅作為標準顆粒比相應有機聚合物標準顆粒具有更好的抗菌性和更低的溶脹率。

傳統的化學合成微米級二氧化硅微球的方法主要有種子生長法、溶膠-凝膠法、乳狀液法等。其中，專利CN01913612A公布了通過種子法制備微米二氧化硅微球的方法，其具體做法為：將單分散SiO₂種子、NH₃H₂O和低碳醇混合配成種子液，然后加入NH₃/H₂O/低碳醇溶液和正硅酸乙酯(TEOS)/低碳醇溶液進行反應，使TEOS水解生成的SiO₂在SiO₂種子外表面上生長，且在反應的同時進行機械攪拌和超聲處理；待SiO₂微球生長成所需粒徑的微球后，停止加料，并繼續反應直到TEOS完全水解；反應結束后，將反應液離心水洗得到微米SiO₂微球。但該方法耗時較長，條件難以控制，并且需要使用大量有機溶劑，無法大量制備。專利CN107298446B公開了一種高純微米級球形二氧化硅微粉的制備方法，首先制備一種含硅前驅體溶膠，再將所述含硅前驅體溶膠加入到含有乳化劑的油相中并攪拌得到混合溶液，最后將堿性催化劑加入至所述混合溶液中，靜置陳化后得到二氧化硅微球。該發明的制備方法操作簡單，制備過程中的產物易處理，但所得到的二氧化硅微球粒徑分布非常寬，在0.3μm～40μm范圍，限制了其在很多領域的應用。專利CN104030302B公開的油包水乳化法(W/O)，用大量易燃易爆的有機溶劑作為反應介質，對人體和環境都有一定的危害，混合向硅酸鈉溶液中，滴加酸進行沉淀反應，經過濾、烘干、粉碎、煅燒即得SiO₂粉末，沉淀生成速度較快，但反應不易控制，且金屬含量容易超標。

綜上所述，傳統的微米級二氧化硅微球的制備方法中存在著耗時長、反應條件難以控制、得到的微球粒徑不均一、大量使用有機溶劑、無法規模化制備等不同的問題，不利于廣泛應用。

發明內容

針對傳統制備方法的不足，本發明的目的在于提供一種簡單易行、環境友好、粒徑高度單分散性并可規模化生產的微米級二氧化硅微球的制備方法。為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種二氧化硅微球的制備方法，包括如下步驟：

將有機硅烷和水混合，并在55℃～80℃的溫度條件下進行水解反應，充分反應之后得到硅醇水溶液；