CN107879349A - 一种单分散介孔二氧化硅微球粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单分散介孔二氧化硅微球粉及其制备方法，先将表面活性剂在去离子水中分散均匀；然后将正硅酸乙酯缓慢加入，通过控制温度、搅拌速度、pH值使其充分反应。pH通过有机碱进行调整。通过陈化、离心、干燥、马弗炉热处理后得到单分散介孔二氧化硅微球粉。该工艺简单、条件可控性强，且制得的单分散介孔二氧化硅微球粉颗粒大小均匀，微球呈单分散性不沾粘，吸油值高，球形表面光滑，涂抹轻盈滑爽，是一种优良的化妆品添加原料。

Description

一种单分散介孔二氧化硅微球粉及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种介孔材料的制备方法，特别是涉及一种单分散介孔二氧化硅微米球型粉末制备工艺。
背景技术
单分散介孔二氧化硅微球粉凭借其良好的流动滑爽性、巨大的吸油量、优良的物学稳定性、无毒性、亲水性、表面硅羟基易功能化等优点，已成为材料中的重要一员，在化妆品、塑料、橡胶、涂料、医药和环保等行业有着广泛的应用和发展。
制备二氧化硅微球通常有气相沉积法，反相微乳法，沉淀法以及溶胶-凝胶法等。气相沉积法可以制备单分散性好的二氧化硅微球，但该法所使用仪器设备价格昂贵，且需要对操作条件进行严格控制。反相微乳法的制备过程中则需要使用大量有机溶剂且不易回收，会对环境造成污染。沉淀法所用的原料便宜易得，但制得的二氧化硅微球粒径单分散性较差。
而以溶胶-凝胶法为基础的Stober法是在碱性条件下通过正硅酸乙酯(TEOS)的水解缩聚来制备二氧化硅微球，方法简便易操作，成本较低，而且能够得到单分散性较好的纳米级二氧化硅。一般情况下，都是通过无机碱如氨水、氢氧化钠等调节溶液的pH值，没有用有机强碱进行pH值调控的报道。申请人在制备纳米二氧化铈时发现，有机胺不仅可起到碱的作用，还可起到表面活性剂的作用。
专利号：201310725246.0的中国专利公开了一种纳米球形介孔二氧化硅。这种纳米球形介孔二氧化硅，由于纳米级微球有可能被皮肤吸收，且颗粒较细在皮肤上涂抹没有滑爽感，导致其不能满足化妆品原料的一些基本要求。专利号：201110334880.2的中国专利公开了一种制备多孔二氧化硅微球的方法。通过该方法在经过高温热处理得到的二氧化硅微球粉很容易烧结沾粘成团，两两硬链接在一起。并且微球粉表面粗燥也没有进行任何工艺的表面修饰，导致在皮肤上涂抹不光滑，影响二氧化硅微球粉在化妆品皮肤上使用的滑爽感。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种单分散介孔二氧化硅微球粉及其制备方法，本发明方法是一种合成原料成本低、操作工艺简单、条件可控性强的单分散介孔二氧化硅微米球型粉末的制备方法；同时在此基础上，进一步的提供单分散无沾粘、表面光滑、在皮肤上涂抹滑爽、吸油量高的单分散介孔二氧化硅微球粉。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种单分散介孔二氧化硅微球粉的制备方法，所述制备方法的步骤如下：
(1)将表面活性剂加入到去离子水中，搅拌，得到均匀的表面活性剂溶液；
(2)将正硅酸乙酯加入步骤(1)得到的表面活性剂溶液中，搅拌分散均匀，得到分散液；
(3)将有机胺用去离子水稀释得碱溶液；
(4)在控制温度、搅拌速度和pH的条件下，将步骤(3)中得到的碱溶液缓慢的添加到步骤(2)中得到的分散液中，待反应液变成白色浑浊后，停止搅拌，进行陈化；
(5)对步骤(4)陈化后的产物进行离心分离，得到白色沉淀物，用去离子水多次冲洗白色沉淀物；
(6)将步骤(5)得到的白色沉淀物转移到烘箱中进行烘干处理，得到白色粉末；再白色粉末置于马弗炉中进行热处理，得到单分散介孔二氧化硅微球粉。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)中的任意一种，或二者以任意比例混合而成的混合物。
上述技术方案中，步骤(1)中，所述的表面活性剂与去离子水的质量比为1：60-90。
上述技术方案中，步骤(2)中，所述的正硅酸乙酯，与步骤(1)中的表面活性剂的质量比为10-40：1。
上述技术方案中，步骤(3)中，所述的有机胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的任意一种，或两种及以上以任意比例混合而成的混合物。
上述技术方案中，步骤(3)中，所述的碱溶液中，有机胺浓度为1-2mol/L。
上述技术方案中，步骤(4)中，所述的控制温度，指的是将温度控制为20-50℃；该温度下可以控制高成球率，粒度分布均匀。
上述技术方案中，步骤(4)中，所述的控制搅拌速度150r/min。
上述技术方案中，步骤(4)中，所述的将碱溶液缓慢的添加到分散液中，添加时间控制在1小时之内，在添加的过程中利用碱溶液调节整个反应体系的pH，使反应体系的pH为7-9之间。
上述技术方案中，步骤(4)中，所述的陈化，时间为12h。
上述技术方案中，步骤(6)中，所述的烘干处理，温度为80℃，时间为3h。
上述技术方案中，步骤(6)中，所述的的热处理，温度为600℃，热处理时间为3h。
本发明还提供一种进过上述方法制备而成的单分散介孔二氧化硅微球粉；该单分散介孔二氧化硅微球粉为无定形二氧化硅，微球呈单分散性；该单分散介孔二氧化硅微球粉颗粒大小均匀，粒径在4-7μm之间，优选为5-7μm之间或4-6μm之间。
本发明技术方案的优点在于：本发明提供的制备工艺，其合成原料成本低、操作工艺简单、条件可控性强。并且基于该工艺进行批量生产简单，马弗炉煅烧尾气无刺激性、无环境污染，可以广泛应用于化妆品、塑料、橡胶、涂料、医药和环保等行业。同时基于本制备工艺得到的单分散介孔二氧化硅微球粉，呈单分散性，形貌可控，原料成本低、操作工艺简单，颗粒大小均匀，微球呈单分散性不沾粘，吸油值高，球形表面光滑，涂抹轻盈滑爽，是一种优良的化妆品添加原料。
附图说明
图1实施例1中单分散介孔二氧化硅微球粉的扫描电子显微照片(S3400-030315.0kV5.8mm×600SE 50.0um)。
图2实施例1中单分散介孔二氧化硅微球粉的X射线衍射图。
图3实施例2中单分散介孔二氧化硅微球粉的扫描电子显微照片(S3400-030515.0kV5.8mm×4.00k SE 10.0um)。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
实施例1：
一种单分散介孔二氧化硅微球粉，是通过下述方法制备而成的：
(1)将0.6克十六烷基三甲基溴化铵加入到50克去离子水中，搅拌分散均匀，得到均匀的表面活性剂溶液；
(2)将10克正硅酸乙酯(TEOS)加入步骤(1)得到的表面活性剂溶液中，搅拌分散均匀，得到分散液；
(3)将50mL二乙烯三胺用去离子水稀释至250mL得到碱溶液；
(4)在常温(25℃左右)、搅拌速度200r/min的条件下，在1个小时内将步骤(3)得到的碱溶液滴加到步骤(2)得到的分散液中，利用碱溶液将体系的PH值调整至7.5；然后继续在常温的条件下，保持搅拌速度200r/min，至白色乳浊液出现，停止搅拌，保持25℃的温度，陈化12小时；
(5)对步骤(4)陈化后的产物进行离心分离(3000r/min)，得到白色沉淀物；用去离子水多次冲洗白色沉淀物；
(6)将步骤(5)得到的白色沉淀物转移到烘箱中在105℃下烘干4小时，得到白色粉末；然后移入马弗炉中，在进行600℃下热处理3小时，得到单分散介孔二氧化硅微球粉。
本发明的单分散介孔二氧化硅微球粉，通过扫描电子显微镜拍摄的照片如图1所示：该单分散介孔二氧化硅微球粉颗粒大小均匀，粒径在5-7μm之间。本发明的单分散介孔二氧化硅微球粉，其X射线衍射图如图2所示：所得的材料为无定形二氧化硅；微球呈单分散性不沾粘，吸油值高，球形表面光滑，涂抹轻盈滑爽。
实施例2：
一种单分散介孔二氧化硅微球粉，是通过下述方法制备而成的：
(1)将0.6克十六烷基三甲基溴化铵加入到50克去离子水中，搅拌分散均匀，得到均匀的表面活性剂溶液；
(2)将10克正硅酸乙酯(TEOS)加入步骤(1)得到的表面活性剂溶液中，搅拌分散均匀，得到分散液；
(3)将50mL三乙烯四胺用去离子水稀释至250mL得到碱溶液；
(4)在常温(25℃左右)、搅拌速度200r/min的条件下，在1个小时内将步骤(3)得到的碱溶液滴加到步骤(2)得到的分散液中，利用碱溶液将体系的PH值调整至7.5；然后继续在常温的条件下，保持搅拌速度200r/min，至白色乳浊液出现，停止搅拌，保持25℃的温度，陈化12小时；
(5)对步骤(4)陈化后的产物进行离心分离(3000r/min)，得到白色沉淀物；用去离子水多次冲洗白色沉淀物；
(6)将步骤(5)得到的白色沉淀物转移到烘箱中在105℃下烘干4小时，得到白色粉末；然后移入马弗炉中，在进行600℃下热处理3小时，得到单分散介孔二氧化硅微球粉。
本发明的单分散介孔二氧化硅微球粉，通过扫描电子显微镜拍摄的照片如图3所示：该单分散介孔二氧化硅微球粉颗粒大小均匀，粒径在4-6μm之间。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单分散介孔二氧化硅微球粉的制备方法，其特征在于，制备方法的步骤如下：
(1)将表面活性剂加入到去离子水中，搅拌，得到均匀的表面活性剂溶液；
(2)将正硅酸乙酯加入步骤(1)得到的表面活性剂溶液中，搅拌分散均匀，得到分散液；
(3)将有机胺用去离子水稀释得碱溶液；
(4)在控制温度、搅拌速度和pH的条件下，将步骤(3)中得到的碱溶液缓慢的添加到步骤(2)中得到的分散液中，待反应液变成白色浑浊后，停止搅拌，进行陈化；
(5)对步骤(4)陈化后的产物进行离心分离，得到白色沉淀物，用去离子水多次冲洗白色沉淀物；
(6)将步骤(5)得到的白色沉淀物转移到烘箱中进行烘干处理，得到白色粉末；再白色粉末置于马弗炉中进行热处理，得到单分散介孔二氧化硅微球粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基氯化铵中的任意一种，或二者以任意比例混合而成的混合物。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的表面活性剂与去离子水的质量比为1：60-90；步骤(2)中，所述的正硅酸乙酯，与步骤(1)中的表面活性剂的质量比为10-40：1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的有机胺为二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺中的任意一种，或两种及以上以任意比例混合而成的混合物；所述的碱溶液中，有机胺浓度为1-2mol/L。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的控制温度，指的是将温度控制为20-50℃；所述的控制搅拌速度，指的是将搅拌速度控制为150r/min；所述的陈化，时间为12h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的将碱溶液缓慢的添加到分散液中，添加时间控制在1小时之内，在添加的过程中利用碱溶液调节整个反应体系的pH，使反应体系的pH为7-9。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述的烘干处理，温度为80℃，时间为3h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，所述的的热处理，温度为600℃，热处理时间为3小时。
9.一种单分散介孔二氧化硅微球粉，其特征在于，是通过权利要求1-8任一项所述的制备方法制备而成的。
10.根据权利要求9所述的单分散介孔二氧化硅微球粉，其特征在于，所述的单分散介孔二氧化硅微球粉为无定形二氧化硅，微球呈单分散性，微球的颗粒大小均匀，微球的粒径在4-7μm之间。
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