[发明专利]一种小尺寸改性纳米二氧化硅的制备方法

说明书

本发明公开了一种小尺寸改性纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：(1)将带正电荷的聚合物与溶剂混合，得到混合液；带正电荷的聚合物的主链或侧基中带有胺基；溶剂为有机溶剂与水组成的混合溶剂；(2)将硅源与混合液混合，经水解反应完全后得到悬浮液，再经后处理得到小尺寸改性纳米二氧化硅；该小尺寸改性纳米二氧化硅的粒径为15～25nm。本发明公开的制备方法制备得到的改性纳米二氧化硅颗粒的粒径可低至15～25nm，单分散性能好；且分散性能佳，不易团聚。

技术领域

本发明涉及纳米材料的制备领域，尤其涉及一种小尺寸改性纳米二氧化硅的制备方法。

背景技术

近年来，随着生物医药以及众多领域的需求，制备出大小及尺寸分布均匀的二氧化硅纳米颗粒已成为急需解决的问题。其中，小尺寸纳米二氧化硅颗粒(粒径小于50nm)在多相催化，成膜凝胶等方面具有重要的应用前景。

众所周知，Stober法是最为常见的制备SiO₂粒子的经典方法。Stober法的制备过程就是将TEOS加到一定浓度的氨水乙醇溶液中，其中氨水能够加快TEOS的水解速度。通过调节氨水浓度等变量，就能制备出不同尺寸的二氧化硅纳米颗粒。但是在制备小尺寸的二氧化硅粒子时，二氧化硅的尺寸分布变得很差。这是由于在氨水催化的正硅酸乙酯水解的过程中，二氧化硅的核不断地形成和长大，这个过程的速率决定了粒子的大小及单分散性。

近年来，为了能有效的改善二氧化硅颗粒的均一性与尺寸，许多研究者提出了很多解决办法。

如申请公布号为CN 106744998 A的中国专利文献中公开了一种粒度可控的非晶单分散纳米二氧化硅粉体的制备方法，具体步骤为：在甲醇溶剂中，选用含硅有机物作为硅源，利用氨水催化的Stober法合成二氧化硅溶胶，经陈化后得到二氧化硅凝胶。将获得的凝胶进行冷冻干燥，得到二氧化硅粉体。将粉体与乙醇混成浆料，球磨1-24h，并在50℃烘箱中干燥即得到粒度在10-100nm范围内单分散的非晶纳米二氧化硅粉体。

但上述技术方案中加入了表面活性剂以及氨水，这不仅使得在实际生产中的成本升高，而且大量表面活性剂的加入在某些应用时要进行去除，但去除又极大的提高了生产成本，而且极易出现残留，限制了其在某些领域中的应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明公开了一种改性纳米二氧化硅的制备方法，制备得到的改性纳米二氧化硅颗粒的粒径可低至15～25nm，单分散性能好。

具体技术方案如下：

一种小尺寸改性纳米二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：

(1)将带正电荷的聚合物与溶剂混合，得到混合液；

所述带正电荷的聚合物的主链或侧基中带有胺基；

所述溶剂为有机溶剂与水组成的混合溶剂；

(2)将硅源与步骤(1)所述的混合液混合，经水解反应完全后得到悬浮液，再经后处理得到所述小尺寸改性纳米二氧化硅；

所述小尺寸改性纳米二氧化硅的平均粒径为15～25nm。

本发明公开了一种改性纳米二氧化硅制备的新工艺，该工艺中无需加入氨水，由于引入了主链或侧基中带有胺基的聚合物，使得自身溶液环境呈碱性，为硅源的快速水解提供了条件。同时由于所选聚合物带正电，而二氧化硅粒子本身所带负电，在硅源原料水解，二氧化硅颗粒形核长大的过程中，大分子的高聚物会由于电荷的作用吸附到二氧化硅的周围，从而抑制其长大，制备得到平均粒径为15～25nm的小尺寸二氧化硅粒子。

步骤(1)中：

优选地，所述带正电荷的聚合物选自聚乙烯亚胺(PEI)。PEI是一种水溶性高分子聚合物，重均分子量可选自5～15w；进一步优选为重均分子量为7～10w的PEI。