[发明专利]微米级单分散二氧化硅微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种微米级单分散二氧化硅微球的制备方法，特别是关于平均粒径大于2μm的单分散二氧化硅微球的制备方法。

背景技术

自从1968年Stober等人合成单分散二氧化硅(SiO₂)微球以来，人们对单分散SiO₂微球应用方面的研究逐渐增多。由于单分散SiO₂微球具有形状均一性好、尺寸可控等特点，且因为SiO₂是一种无毒、无污染、性质稳定的非金属材料，其在陶瓷制品、颜料、催化剂、色谱填料、光子晶体的自组装、液晶显示器衬垫及粒度标准物等方面都有着广泛的应用。目前，人们已经可以在一定规模上制备小于2.5μm的单分散二氧化硅微球。

CN101492164A报道了一种单分散纳米SiO₂微球的制备方法，其中是利用种子多步生长法，通过选择种子制备及生长过程中合适的乙醇、氨水和水的比例，制得粒径偏差小于3％、具有高圆度和单分散性的二氧化硅微球。与传统工艺相比，该合成过程增加了两个重要的环节：第一，改变了种子的数密度，在种子生成后，将用于生长的二氧化硅种子的数密度将为原有的十分之一；第二，改变种子生成和生长的溶液环境，在种子生成和生长阶段分别选择了不同的H₂O和NH₃·H₂O的浓度。该方法最终合成了粒径为100～325nm的单分散SiO₂微球。

CN1608985A报道了一种制备单分散高比表面积SiO₂微孔微球的方法，该方法采用烷基胺作为模板剂和催化剂，促进硅酸酯类化合物在以醇类为溶剂和水为分散相的体系中，通过两阶段的水解缩聚和模板剂的自组装过程，制备出粒径500～1500nm的单分散SiO₂微孔微球。

由于单分散体系的形成过程对条件较为敏感，且受多种复杂因素的制约，这给制备大粒径单分散的SiO₂微球造成了一定的困难。国内外的研究人员对此做了很多的工作。K.Nozawa等人通过控制加料速度制备出最大粒径为2μm的单分散SiO₂微球(K.Nozawa.，H.Gailhanou.，L. Raison.，et al.[J].Langmuir，2005，21：1516～1523)。董鹏等人在Stober方法的基础上，利用连续生长法制备了最大粒径为2.5μm的单分散SiO₂微球(董鹏.[J].自然科学进展，2000，10(3)：201～207)。

目前的合成方法在用于制备较大粒径特别是粒径大于2μm的单分散SiO₂微球时，容易发生SiO₂微球沉降粘结现象，SiO₂微球在生长过程中会有较为严重的粘结，难以成功地合成较大粒径的单分散SiO₂微球。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的问题，提供一种可以制备较大粒径特别是粒径大于2μm的单分散二氧化硅微球的制备技术。

本发明的另一目的在于提供一种具有较大粒径的单分散二氧化硅微球。

一方面，本发明提供了一种单分散二氧化硅微球的制备方法，其主要包括步骤：将单分散SiO₂微球种子、NH₃-H₂O和低碳醇混合配成种子液，然后加入NH₃/H₂O/低碳醇溶液和正硅酸乙酯(TEOS)/低碳醇溶液进行反应，使TEOS水解生成的SiO₂在SiO₂微球种子外表面上生长，且在反应的同时进行机械搅拌和超声处理；

待SiO₂微球生长至所需粒径后，停止加料，并继续反应直到TEOS完全水解；

反应结束后，将含有SiO₂微球的反应液离心水洗得到单分散微米SiO₂微球。这种微球的比重通常在1.7～2.0更通常在1.75～1.95之间，可以直接使用，也可以经过高温焙烧(500～1100℃)提高其机械强度和化学稳定性后再使用。经过高温焙烧后，微球的比重通常在1.90～2.25之间。