[发明专利]三维片层结构的二氧化硅球形微粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及到有机(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐的合成及其作为前躯体的二氧化硅球形微粒。

背景技术

3-氨丙基三乙氧基硅烷是最常用的硅烷偶联剂之一。该产品在提高有机-无机材料界面的粘接性、材料的化学反应性及有机官能团在材料表面的固化等诸方面具有独特、显著的功效，已被广泛用于纤维增强、树脂改性、纺织助剂聚合等工业领域。另外，3-氨丙基三乙氧基硅烷也被作为硅烷前躯体用于有机无机复合材料的制备。如Tezuka等以3-氨丙基三乙氧基硅烷和浓硫酸为原料，通过溶胶凝胶法制备了一种可用于聚合物电解质燃料电池的杂化薄膜。与常用的全氟磺酸膜相比，该杂化薄膜具有更好的热稳定性，而且在无水状态下有较高的导电性。Qian等使用3-氨丙基三乙氧基硅烷对硅晶片进行了表面修饰，然后通过定点突变组装法将抗体免疫球蛋白成功地链接到修饰后的硅片上。实验结果表明，所制备的免疫球蛋白单层均匀稳定，并保持了较好的抗原束缚性能。

近年来，由于纳米尺寸效应、微观尺度上的特殊形貌和结构往往会带来独特的催化及吸附等性能，因而制备具有各种微观形貌的纳米材料一直是纳米合成领域的热点。已成功制备的微观形貌主要包括空心或实心微球、饼状、棒状、纤维状以及其它复合结构。设计并控制二氧化硅微粒形貌和尺寸已被用于某些特定用途，如器件组装、吸附、分离以及催化等，制备不同形貌的二氧化硅微粒已经成为快速发展研究领域的热点之一。例如：球形介孔二氧化硅微粒可用于高效液相色谱中的固定相；棒状介孔二氧化硅可用于酶的生物固定；而介孔二氧化硅薄膜则可用于薄膜分离和气体传感等。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简便、反应时间短、反应条件温和的三维片层结构的二氧化硅球形微粒的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案包括下述步骤：

1、配制(3-氨丙基)三乙氧基硅烷乙醇溶液

按常规方法配制浓度为0.42mol/L的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷乙醇溶液。

2、配制草酸乙醇溶液

按常规方法配制浓度为0.21mol/L的草酸乙醇溶液。

3、制备(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐

将步骤2制备的浓度为0.21mol/L的草酸乙醇溶液搅拌滴加到步骤1制备的浓度为0.42mol/L的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷乙醇溶液中，草酸与(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的摩尔比为1：1～2.5，继续搅拌10分钟，沉淀物用乙醇离心洗涤3～4次，常温干燥，制备成(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐。

4、制备有机无机复合二氧化硅球形微粒

将乙醇置于三口烧瓶中，加入步骤3制备的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐，40～70℃水浴加热，N₂气氛中380转/分钟搅拌30分钟，加入二次水，(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐与乙醇、二次水的摩尔比为1：166：3～9，调pH至5～11，搅拌反应20～24小时，反应产物用乙醇离心洗涤2～3次，室温干燥，得到有机无机复合二氧化硅球形微粒；

5、制备三维片层结构的二氧化硅球形微粒

将步骤4制备的有机无机复合二氧化硅球形微粒置于坩锅中，放入马弗炉于700～760℃焙烧4～6小时，随炉自然冷却，制备成三维片层结构的二氧化硅球形微粒。

在本发明的制备(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐步骤3中，将步骤2制备的草酸乙醇溶液搅拌滴加到步骤1制备的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷乙醇溶液中，草酸与(3-氨丙基)三乙氧基硅烷的最佳摩尔比为1：2，继续搅拌10分钟，沉淀物用乙醇离心洗涤3～4次，制备成(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐。

在本发明的制备有机无机复合二氧化硅球形微粒步骤4中，将乙醇置于三口烧瓶中，加入步骤3制备的(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐，60℃水浴加热，N₂气氛中380转/分钟搅拌30分钟，加入二次水，(3-氨丙基)三乙氧基硅烷草酸胺盐与乙醇、二次水的最佳摩尔比为1：166：7，最佳调pH至9，搅拌反应20～24小时，反应产物用乙醇离心洗涤2～3次，室温干燥，得到有机无机复合二氧化硅球形微粒。

在本发明的制备三维片层结构的二氧化硅球形微粒步骤5中，将步骤4制备的有机无机复合二氧化硅球形微粒置于坩锅中，放入马弗炉最佳于740℃焙烧5小时，随炉自然冷却，制备成三维片层结构的二氧化硅球形微粒。