CN105480983B - 一种亲水多孔二氧化硅微球的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种亲水多孔二氧化硅微球的制备方法。亲水多孔二氧化硅微球以3‑氨基丙基三乙氧基硅烷和γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷为前驱体，与六亚甲基二异氰酸酯反应，采用溶胶凝胶法制备得到有机无机杂化产物。通过烧去有机组分，制得多孔二氧化硅微球。该制备方法简单易操作，条件温和，二氧化硅微球比表面积极大，大量羟基富集，有很好亲水性，掺杂在树脂中不仅能提升树脂的亲水性，硬度、耐磨性、耐高温性能和以及透明性都有所提升。在亲水防雾涂层领域有很大用途。

Description

一种亲水多孔二氧化硅微球的制备方法
技术领域
本发明属于无机粉体材料领域，具体涉及一种亲水多孔二氧化硅微球的制备方法。
背景介绍
为适应市场需求，防雾措施迅速发展，具有光催化的二氧化钛作为一种性能优异的防雾功能粉体，然而该技术必须要有光照才表现出良好的亲水性能，但在黑暗的环境中是很难达到这种效果。最近无需光照的超亲水防雾涂层的制备引起了关注，制备由阶层粗糙结构或者纳米孔结构诱导的超亲水防雾薄膜成为了热点。超亲水性能随着表面的粗糙度的增加而增强；与此同时，表面的漫反射也会随着表面粗糙度的增加而增强，从而会导致涂层的透光率降低。超亲水性和透明性是防雾涂层的重要指标，因此调节平衡表面的粗糙度和随之而来的漫反射对涂层的影响成为制备防雾涂层的重要挑战。
二氧化硅广泛存在于自然界中，取材极为广泛。近年来由于其本身优异性能以及纳米结构所具备的特殊性能吸引了人们的广大兴趣，尤其是介孔二氧化硅作为功能粉体在防雾方面性能尤为突出。
微-纳粗糙结构的SiO2纳米粒子涂层具有超亲水和很好的防雾性能，尤其是球壁还有介孔结构的小球。这种结构一方面会大大增加比表面积，这样有利于在空心球壁上吸附更多的响应分子；另一方面，空心球球壁上的孔道也为可溶性的分子进入球内壁提供通道，从而增加了响应分子间的接触效率。当然，这样的空心球组装的涂层由于空心球壁上的小孔的毛细管效应，也更有利于水滴的铺展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种亲水多孔二氧化硅微球的制备方法。亲水多孔二氧化硅微球以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)为前驱体，与六亚甲基二异氰酸酯三聚体反应，采用溶胶凝胶法制备得到有机无机杂化产物。通过烧去有机组分，制得多孔二氧化硅微球。该制备方法简单易操作，条件温和，二氧化硅微球比表面积极大，大量羟基富集，有很好亲水性，掺杂在树脂中不仅能提升树脂的亲水性，硬度、耐磨性、耐高温性能和以及透明性都有所提升。在亲水防雾涂层领域有很大用途。
本发明的技术方案是：
一种亲水多孔二氧化硅微球的制备方法，主要包括以下几个步骤：
(1)将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)在使用前两天放入干燥分子筛除水。
(2)将计量3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-缩水甘油醚氧丙基三 甲氧基硅烷(KH560)加入带有搅拌器、氮气保护的三口瓶烧瓶中,混合均匀低温反应，得到组分A。
(3)另取带有搅拌器、冷凝管和滴液漏斗的四口烧瓶加入一定量六亚甲基二异氰酸酯三聚体和少量溶剂，搅拌均匀，逐渐升温反应，缓慢滴加第二步产物A,反应2h，冷却，计作B待用。
(4)将氨水、无水乙醇和蒸馏水混合，磁力搅拌均匀制成溶液C，将第三步所得B和一定量无水乙醇混合，磁力搅拌均匀后制成溶液D；并将混合均匀的溶液D快速加入到溶液C中,调节磁力搅拌器快速搅拌1min，降低转速，继续反应2h，计作E。
(5)将上述产物E，离心洗涤，重复操作三遍；置于烘箱中干燥5h；后在高温马弗炉中煅烧3h；用乙醇反复洗涤干燥即可。
具体实施方式
实施例1
药品提纯：分别取10g3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和10gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)，置于干燥圆底烧瓶，设置温度为60℃，减压蒸馏除去体系中的醇类。
前驱体复合：取上述干燥好的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)6.64g，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)7.09g，置于带有搅拌器、氮气保护的干燥三口瓶中，混合均匀，设置温度为25℃，反应3h，置于干燥恒压漏斗，得到组分A。
有机无机杂化：另取带有搅拌器、冷凝管和滴液漏斗的250ml四口烧瓶，加入5.81g六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体和10ml溶剂，搅拌均匀，逐渐升温至60℃，控制恒压滴液漏斗滴速为1秒/滴，缓慢滴加产物A,反应2h，冷却至室温，计作B待用。
前驱体水解：取250ml烧杯，量取11ml氨水、20ml无水乙醇和30ml蒸馏水，磁力搅拌均匀制成溶液C；取10g上步所得产物B和50ml无水乙醇混合，(可适当加热溶解)磁力搅拌均匀后制成溶液D；将混合均匀的溶液D快速加入到溶液C中,调节磁力搅拌器转速为1100rpm，搅拌1min，降低转速为500rpm，继续反应2h，计作E。
多空结构的形成：将上述产物E，置于干燥离心管中，设置离心机转速为9000r/min，离心5min，用乙醇洗涤，重复操作三遍；置于60℃烘箱中干燥5h；取出样品在500℃马弗炉中煅烧3h；用乙醇反复洗涤干燥即可。

Claims (1)

1.一种亲水多孔二氧化硅微球的制备方法，其特征步骤为：
(1)将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)减压蒸馏提纯；
(2)将提纯后的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)加入带有搅拌器、氮气保护的三口瓶烧瓶中,混合均匀低温反应，得到组分A；
(3)另取带有搅拌器、冷凝管和滴液漏斗的四口烧瓶加入一定量六亚甲基二异氰酸酯三聚体和溶剂，搅拌均匀，逐渐升温反应，缓慢滴加第二步产物A,反应2h，冷却，计作B待用；
(4)将氨水、无水乙醇和蒸馏水混合，磁力搅拌均匀制成溶液C，将第三步所得B和无水乙醇混合，磁力搅拌均匀后制成溶液D；并将混合均匀的溶液D快速加入到溶液C中，调节磁力搅拌器快速搅拌1min，降低转速，继续反应2h，计作E；
(5)将上述产物E，离心洗涤，重复操作三遍；置于烘箱中干燥5h；后在高温马弗炉中煅烧3h；用乙醇反复洗涤干燥即可。
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