[发明专利]一种超高孔隙率多孔二氧化硅的制备方法

说明书

本发明属于材料技术领域，具体为一种超高孔隙率超轻多孔二氧化硅的制备方法。本发明采用有机硅的预聚物作为油包水乳液的稳定剂，这种有机硅预聚体在油水界面上与水发生接触后会水解生成羟基具有界面活性，并进一步缩合生成硅氧硅键；有机硅前驱体水解缩合后在油水界面上形成多孔的骨架结构，然后将油相和水相同时去除，留下界面上的二氧化硅骨架，就可以得到超高孔隙率的多孔二氧化硅材料。本发明方法操作工艺简单，得到的多孔材料孔隙率能达到99%，比表面积能达到755 m²/g。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种超高孔隙率多孔二氧化硅的制备方法。

背景技术

多孔材料在催化，吸附储气，分离，组织工程支架等方面有着重要的应用。目前制备多孔材料的方法有直接合成法，相分离法，模板法，嵌段共聚物，其中高内相乳液模板法被广泛用于制备高孔隙率，孔结构可调的多孔材料。高内相乳液是指内相体积高于74%的一类乳液，乳液的内相去除之后会生成孔隙。因为内相体积会受到乳液稳定性的限制，特别是在乳液聚合时容易破乳，所以采用高内相乳液模板法制备的多孔材料的孔隙率一般不高于90%。

本发明以乳液为模板制备了孔隙率高达99%的多孔二氧化硅材料。首先是将有机硅氧烷预聚得到一种超支化的亲油性较好的硅氧烷预聚体，这种硅氧烷预聚体分子能够调节与水反应的程度来控制生成羟基的量，获得合适的亲水亲油性，进而稳定油包水的高内相乳液。处于油水界面上的在加热过程中会进一步溶胶凝胶（sol-gel）生成二氧化硅的骨架结构，然后将油相溶剂和水相去除之后，就得到了超高孔隙率的多孔二氧化硅材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备超高孔隙率多孔二氧化硅的制备方法，通过该方法制备的二氧化硅多孔材料具有高达99%的孔隙率，高达755 m²/g的比表面积。

本发明提供的制备超高孔隙率多孔二氧化硅的方法，其具体步骤是，首先将有机硅前驱体预聚得到一种超支化的亲油性较好的硅氧烷预聚体，这种硅氧烷预聚体能够调节与水反应的程度来控制生成羟基的量，获得合适的亲水亲油性，进而稳定油包水的高内相乳液。处于油水界面上的硅氧烷预聚体分子在加热过程中会进一步溶胶凝胶生成二氧化硅的骨架结构，然后将油相溶剂和水相去除之后，就得到了超高孔隙率的多孔二氧化硅材料。

本发明的具体步骤如下：

（1）首先将一种有机硅的前驱体与醋酸酐按照摩尔比1:0.1~10的比例，在一种钛催化剂作用下制备分子量在500~5000 g▪mol^-1的硅预聚体；

（2）取上述硅预聚体溶于有机溶剂中作为油相，硅预聚体的质量占油相总质量的1~80%，然后准确量取一定量的蒸馏水，水的体积是油相总体积的1~6倍，将量取好的水与配置好的油相混合并乳化，得到油包水的乳液；所述有机溶剂能够溶解有机硅预聚体，且和水相不溶；

（3）将上述制备好的乳液转移至高压反应釜里，在温度为50~100℃的鼓风烘箱中反应10~20 h；

（4）将步骤（3）中的反应产物转移到索氏抽提器中，以丙酮为溶剂抽提10~24 h，烘干，即得到具有超高孔隙率的多孔二氧化硅材料。

本发明所制备的硅预聚体能够稳定油包水的乳液，并且能够在油水界面上发生水解缩合并形成界面上的骨架结构，最后将油相溶剂和水相去除，得到超高孔隙率的多孔硅材料。

本发明中所采用的有机硅前驱体，选自甲基三乙氧基硅烷，二甲基二乙氧基硅烷，四乙氧基硅烷，或γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种或者几种。

本发明中所采用的有机溶剂能够溶解有机硅预聚体，且和水相不溶，可以是二甲苯，甲苯，环己烷，石油醚中的一种，也可以为可聚合单体，如苯乙烯，二苯乙烯，甲基丙烯酸甲酯，丙烯腈中的一种。