CN107399741A - 一种尺寸较小的单分散二氧化硅微球的制备方法 - Google Patents

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张后交
陈戬
刘正奇
刘桂强
黄镇平
刘晓山
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  • Organic Chemistry (AREA)
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Abstract

本发明公开了一种尺寸较小的单分散二氧化硅微球的制备方法，包括如下步骤：(1)在室温下，让无水乙醇与氨水混合均匀得到溶液Ⅰ，同时让无水乙醇与硅酸四乙酯混合均匀得到溶液Ⅱ；(2)保持溶液Ⅰ中的磁振子搅拌状态，调节转速为60‑80r/min，将溶液Ⅱ逐滴加入到溶液Ⅰ中；待混合溶液反应1.5h后，得到尺寸较小的单分散二氧化硅微球。使用上述方法具有实验周期短，磁振子搅拌速度低，制备出的二氧化硅微球尺寸较小、均一、可控，化学稳定性高，单分散性好等优点。

Description

一种尺寸较小的单分散二氧化硅微球的制备方法
技术领域
本发明属于微纳米单分散球状材料制备领域，涉及一种尺寸较小的单分散二氧化硅微球的制备方法，采用Stober法在较低的磁振子搅拌速度下制备单分散小尺寸的二氧化硅微球。
背景技术
形状规范、尺寸较小的单分散二氧化硅微球(SiO2)由于具有优越的稳定性、补强性，以及组成单一和表面易功能化等特点，在橡胶、塑料、涂料、颜料、催化剂、高性能陶瓷等材料学领域都有着非常广泛的应用；此外，还由于其在有机溶剂中不溶胀和不易收细菌侵蚀，有着良好的生物兼容性，可广泛应用于分子生物学，包括生物细胞分离和医学工程、化妆品、药物、医学诊断以及免疫测定等。近年来，更引起人们研究兴趣的是用单分散二氧化硅微球为圆脸自组装制备光子晶体。
二氧化硅微球的制备方法很多，如微乳液法、化学气相沉淀法、Stober法。微乳液法在制备过程中需要使用大量的有机物，有机物回收较难，成本高且会对环境造成污染；而化学气相沉淀法则需要特定的设备装置，能源损耗较高。以溶胶—凝胶法为基础的Stober法采用醇作溶剂使硅酸盐在氨水催化下水解缩聚，再经一定的后处理制备二氧化硅微球，其工艺简单，成本低，且可以得到单分散性较好的产品。
虽然人们对单分散二氧化硅体系有了系统深入的了解，由于单分散体系的形成过程对条件十分敏感，过程中的两个主要反应水解和缩合的速率关系随着反应条件的变化而不断改变，而微球的生长速率也随着水解和缩合进行变化，使得单分散二氧化硅微球的制备至今仍都局限在实验室中，还难以达到批量生产的规模。
发明内容
本发明的目的是提供一种条件温和、实验周期短、工艺简单、粒径较小且可控、单分散性好的纳米级二氧化硅微球的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种尺寸较小的单分散二氧化硅微球的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)在室温下，让无水乙醇和氨水在磁振子搅拌下混合得到溶液Ⅰ，同时让无水乙醇与硅酸四乙酯混合均匀得到溶液Ⅱ；
(2)保持溶液Ⅰ中的磁振子搅拌状态，控制磁振搅拌的速度为60～80r/min，将溶液Ⅱ逐滴加入到溶液Ⅰ中。待混合溶液在磁振子旋转状态下反应1.5h后，静置，离心分离得到尺寸较小的单分散二氧化硅微球悬浮液，用去离子水洗涤二氧化硅微球，离心分离之后得到产物，产物保存在无水乙醇中。
所述步骤(1)中的室温为15～30℃的反应温度。
所述步骤(2)中的磁振子搅拌的转速为60～80r/min。
所述步骤(1)中的无水乙醇与硅酸四乙酯的体积比为4:1。
所述步骤(2)中混合溶液的滴入速度为0.03～0.05mL/s。
本发明的有益效果：由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)以往工艺采用较高的磁振子搅拌速度，达到500～1000r/min，本工艺实验条件温和、操作简单，磁振子搅拌的速度为60～80r/min，而且溶液的滴加速度为0.03～0.05mL/s，反应更加充分，易于控制；
(2)通过本工艺可以获得尺寸可控、大小均一、化学稳定性高、单分散性好的二氧化硅微球，通过对反应溶剂、反应时间以及氨水量的控制，得到的二氧化硅微球尺寸可控、分布均匀、单分散性更好。
附图说明
图1为控制氨水量为10mL时合成的二氧化硅微球的局部扫描电镜图。
图2为控制氨水量为6mL时合成的二氧化硅微球的局部扫描电镜图。
图3为制备尺寸较小的单分散二氧化硅微球的实验流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
(1)在恒定的室温下，将46mL无水乙醇和10mL氨水在磁振子搅拌下混合均匀得到溶液Ⅰ，同时让2mL无水乙醇与0.5mL硅酸四乙酯混合均匀得到溶液Ⅱ；
(2)保持溶液Ⅰ中的磁振子搅拌状态，控制磁振搅拌的速度为60r/min，将溶液Ⅱ逐滴加入到溶液Ⅰ中，待混合溶液在磁振子旋转状态下反应1.5h后，静置，离心分离得到尺寸较小的单分散二氧化硅微球悬浮液，用去离子水洗涤二氧化硅微球，离心分离之后保存在无水乙醇中。
采用扫描电子显微镜(SEM)测定其粒径及单分散性(如图1所示)得：粒径为140nm，致密排布，形貌规整。
实施例2
(1)在恒定的室温下，将46mL无水乙醇和8mL氨水在磁振子搅拌下混合均匀得到溶液Ⅰ，同时让2mL无水乙醇与0.5mL硅酸四乙酯混合均匀得到溶液Ⅱ；
(2)保持溶液Ⅰ中的磁振子搅拌状态，控制磁振搅拌的速度为70r/min，将溶液Ⅱ逐滴加入到溶液Ⅰ中，待混合溶液在磁振子旋转状态下反应1.5h后，静置，离心分离得到尺寸较小的单分散二氧化硅微球悬浮液，用去离子水洗涤二氧化硅微球，离心分离之后保存在无水乙醇中。
采用扫描电子显微镜(SEM)测定其粒径及单分散性得：粒径为125nm，致密排布，形貌规整。
实施例3
(1)在恒定的室温下，将46mL无水乙醇和6mL氨水在磁振子搅拌下混合均匀得到溶液Ⅰ，同时让2mL无水乙醇与0.5mL硅酸四乙酯混合均匀得到溶液Ⅱ；
(2)保持溶液Ⅰ中的磁振子搅拌状态，控制磁振搅拌的速度为80r/min，将溶液Ⅱ逐滴加入到溶液Ⅰ中，待混合溶液在磁振子旋转状态下反应1.5h后，静置，离心分离得到尺寸较小的单分散二氧化硅微球悬浮液，用去离子水洗涤微球。
采用扫描电子显微镜(SEM)测定其粒径及单分散性(如图2所示)得：粒径为115nm，致密排布，形貌规则。

Claims (7)

1.一种尺寸较小的单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在室温下，让无水乙醇和氨水在搅拌下混合均匀得到溶液Ⅰ，同时让无水乙醇与硅酸四乙酯混合均匀得到溶液Ⅱ；
(2)保持溶液Ⅰ中的搅拌状态，将溶液Ⅱ逐滴加入到溶液Ⅰ中；待混合溶液在搅拌状态下反应1.5h后，静置，离心分离得到尺寸较小的单分散二氧化硅微球悬浮液，用去离子水洗涤二氧化硅微球，离心分离之后得到产物。
2.根据权利要求1所述的单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的室温为15～30℃的反应温度。
3.根据权利要求1所述的单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于：使用磁振子进行搅拌，所述步骤(2)中的磁振子搅拌的转速为60～80r/min。
4.根据权利要求1所述的单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的无水乙醇与硅酸四乙酯的体积比为4:1。
5.根据权利要求1所述的单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中混合溶液的滴入速度为0.03～0.05mL/s。
6.根据权利要求1所述的单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氨水为质量分数25％～28％的工业氨水。
7.根据权利要求1所述的单分散二氧化硅微球的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中无水乙醇与氨水的体积比为23:3～23:5。
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