CN1772607A - 超声处理制备球形纳米二氧化硅粒子的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及纳米二氧化硅粉体的溶胶凝胶制造方法。更具体的，本发明涉及一种通过溶胶凝胶法来制备一种球形、实心的纳米二氧化硅粉体的制造工艺方法，属化学化工技术领域。本发明的具体制备工艺步骤如下：将一定量的氨气溶于有机溶剂中，再将一定量的非离子型高分子分散剂和聚电解质型分散剂溶于去离子水中；将配置好的溶有氨气的有机溶液和高分子分散剂的水溶液混合，高速搅拌，保持溶液均匀，缓慢加入Si(OC2H5) 4，在反应的同时进行超声处理，在25℃恒温下，保持5～60分钟，反应结束，得到均匀稳定的溶胶；再经真空低温冷冻干燥，即可得分散性好、化学稳定性好、球形的纳米二氧化硅粉体。
Description
技术领域
本发明涉及球形纳米二氧化硅粉体的溶胶凝胶制造方法。更具体的，本发明涉及一种通过溶胶凝胶法来制备一种单分散、球形、实心的纳米二氧化硅粉体的制造工艺方法，属化学化工技术领域。
背景技术
单分散球形纳米二氧化硅是一种轻质纳米非晶固体材料，在催化剂、陶瓷、生物材料和科学研究中的应用广泛，这是因其具有如下优点，(1)比表面积大、密度小、分散性好；(2)很好的化学稳定性；(3)良好的生物相容性，通过不同的硅烷化试剂可以在二氧化硅表面修饰上各种有机官能团，经修饰后的粒子可与各种生物材料结合。目前，采用溶胶凝胶工艺可以制备出高纯、超细的纳米二氧化硅粉体，但所得粉体形状不规则，团聚严重，而且粒度分布较宽。
发明内容
本发明要解决的技术问题就是克服现有技术的不足，提出一种纳米二氧化硅粉体的溶胶凝胶制造方法，能制备出有着良好的生物相容性和较好的化学稳定性，经修饰后的微粒可与各种生物材料结合的优点，同时具有较大的比表面积和较好的分散性，满足实际应用要求。
本发明是通过下述技术方案和措施来达到的：
(1)将一定量的氨气溶于醇类有机溶剂中，配置成一定浓度的溶液，密闭放置以备用；醇的用量以Si(OC2H5)4∶醇＝1∶5摩尔比为准。
(2)将一定量的非离子型高分子分散剂和聚电解质型分散剂溶于去离子水中，去离子水的用量以Si(OC2H5)4∶H2O＝1∶8摩尔比为准。
(3)将配置好的溶有氨气的溶液和高分子分散剂的水溶液混合，高速搅拌，保持溶液均匀，缓慢加入Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理。
(4)将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟。
(5)反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，采用真空冷冻干燥技术干燥24～48小时，即可得到球形纳米二氧化硅粉体。
所述的有机溶剂为醇类有机溶剂，其通式为CH3(CH2)nOH，这里n＝0～4。所述的非离子型分散剂为PEG1000。所述的聚电解质型分散剂为PAA1000或PAA2000。所述真空冷冻干燥时使用真空冷冻干燥机。
本发明中，主要利用Si(OC2H5)4在醇类有机溶剂中的水解的方法制备纳米二氧化硅粉体，其反应如下：
该过程无其它杂质离子引入，所得产品纯度极高，且减少了洗涤环节，降低了产品的损耗，因此提高了产率。
本发明中，对生成的纳米二氧化硅粒子做超声处理，这可以增加纳米粒子的表面电荷，增强了纳米粒子之间的排斥力，实现纳米二氧化硅粒子的分散。
本发明中，采用真空低温冷冻干燥技术干燥纳米二氧化硅粒子的溶胶，其作用是使溶胶中溶剂和分散剂升华而脱去，而溶胶的体积几乎不发生改变，从而最大限度的避免了干燥过程中纳米二氧化硅粒子的团聚，得到分散性良好的二氧化硅粉体。
在Si(OC2H5)4水解过程中加入PEG1000和PAA2000或PEG1000和PAA1000，其主要作用为：1)聚电解质聚合物类分散剂PAA1000或PAA2000由于同时具有空间稳定和静电稳定机制使体系具有良好的分散性。2)当纳米氢氧化硅生成时，PEG1000可以通过氢键或亲和作用包覆在其表面，防止纳米粒子聚沉，增加溶胶的稳定性。3)真空冷冻干燥阶段，PAA1000或PAA2000和PEG1000可以防止纳米二氧化硅的团聚，增大其分散性，同时PAA1000或PAA2000和PEG1000本身在真空冷冻干燥阶段会完全挥发干净，不会影响产品的纯度。
具体实施方式
下面结合附图通过实例详述本发明：
附图.实施实例所得到的单分散、实心、球形的纳米二氧化硅粉体透射电子显微镜照片×15000。
实施例1：向5L玻璃反应釜中通入906ml，24.72mol/L的甲醇溶液和122g纯氨气，搅拌0.5～1小时；将2.7gPEG1000和2.7gPAA2000溶于645ml去离子水中，将此分散剂的水溶液加到反应釜中，高速搅拌，使溶液混合均匀，缓慢加入1000ml，4.48mol/L的Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理；将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟；反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，用真空低温冷冻干燥机干燥24～48小时，即可得到二氧化硅粉体。
在透射电子显微镜下观察，可以发现分散性良好的球形纳米二氧化硅生成。
实施例2：向5L玻璃反应釜中通入1306ml，17.15mol/L的无水乙醇溶液和106g纯氨气，搅拌0.5～1小时；将8.1gPEG1000和2.7gPAA2000溶于645ml去离子水中，将此分散剂的水溶液加到反应釜中，高速搅拌，使溶液混合均匀，缓慢加入1000ml，4.48mol/L的Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理；将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟；反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，用真空低温冷冻干燥机干燥24～48小时，即可得到二氧化硅粉体。
在透射电子显微镜下观察，可以发现分散性良好的球形纳米二氧化硅生成。
实施例3：向5L玻璃反应釜中通入453ml，24.72mol/L的甲醇溶液、653ml，17.15mol/L的无水乙醇溶液和114g纯氨气，搅拌0.5～1小时；将3.4gPEG1000和2gPAA2000溶于645ml去离子水中，将此分散剂的水溶液加到反应釜中，高速搅拌，使溶液混合均匀，缓慢加入1000ml，4.48mol/L的Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理；将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟；反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，用真空低温冷冻干燥机干燥24～48小时，即可得到二氧化硅粉体。
在透射电子显微镜下观察，可以发现分散性良好的球形纳米二氧化硅生成。
实施例4：向5L玻璃反应釜中通入906ml，24.72mol/L的甲醇溶液和61g纯氨气，搅拌0.5～1小时；将5.4gPEG1000和1.4gPAA2000溶于645ml去离子水中，将此分散剂的水溶液加到反应釜中，高速搅拌，使溶液混合均匀，缓慢加入1000ml，4.48mol/L的Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理；将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟；反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，用真空低温冷冻干燥机干燥24～48小时，即可得到二氧化硅粉体。
在透射电子显微镜下观察，可以发现分散性良好的球形纳米二氧化硅生成。
实施例5：向5L玻璃反应釜中通入906ml，24.72mol/L的甲醇溶液和41g纯氨气，搅拌0.5～1小时；将2.7gPEG1000和5.4gPAA1000溶于645ml去离子水中，将此分散剂的水溶液加到反应釜中，高速搅拌，使溶液混合均匀，缓慢加入1000ml，4.48mol/L的Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理；将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟；反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，用真空低温冷冻干燥机干燥24～48小时，即可得到二氧化硅粉体。
在透射电子显微镜下观察，可以发现分散性良好的球形纳米二氧化硅生成。
实施例6：向5L玻璃反应釜中通入906ml，24.72mol/L的甲醇溶液和122g纯氨气，搅拌0.5～1小时；将2.7gPEG1000和8.1gPAA1000溶于645ml去离子水中，将此分散剂的水溶液加到反应釜中，高速搅拌，使溶液混合均匀，缓慢加入1000ml，2.24mol/L的Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理；将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟；反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，用真空低温冷冻干燥机干燥24～48小时，即可得到二氧化硅粉体。
在透射电子显微镜下观察，可以发现分散性良好的球形纳米二氧化硅生成。
实施例7：向5L玻璃反应釜中通入906ml，24.72mol/L的甲醇溶液和122g纯氨气，搅拌0.5～1小时；将2.7gPEG1000和2.7gPAA1000溶于645ml去离子水中，将此分散剂的水溶液加到反应釜中，高速搅拌，使溶液混合均匀，缓慢加入1000ml，1.12mol/L的Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理；将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟；反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，用真空低温冷冻干燥机干燥24～48小时，即可得到二氧化硅粉体。
在透射电子显微镜下观察，可以发现分散性良好的球形纳米二氧化硅生成。
Claims (5)
1.一种制备球形的纳米二氧化硅粉体的方法，其特征在于通过溶胶凝胶法制备球形的纳米二氧化硅粉体；其具体制备工艺步骤如下：
(1)将一定量的氨气溶于醇类有机溶剂中，配置成一定浓度的溶液，密闭放置以备用；醇的用量以Si(OC2H5)4∶醇＝1∶5摩尔比为准。
(2)将一定量的非离子型高分子分散剂和聚电解质型分散剂溶于去离子水中，去离子水的用量以Si(OC2H5)4∶H2O＝1∶8摩尔比为准。
(3)将配置好的溶有氨气的溶液和高分子分散剂的水溶液混合，高速搅拌，保持溶液均匀，缓慢加入Si(OC2H5)4，在反应的同时进行超声处理。
(4)将混合液在25℃下，于频率为20～100KHz超声波中超声处理5～60分钟。
(5)反应结束，得到均匀稳定的溶胶；将此溶胶经过液氮冷冻后，采用真空低温冷冻干燥技术干燥24～48小时，即可得到球形纳米二氧化硅粉体。
2.根据权利要求1所述的制备球形纳米二氧化硅粉体的方法，其特征是，所述的有机溶剂为醇类有机溶剂，其通式为CH3(CH2)nOH，这里n＝0～4。
3.根据权利要求1所述的制备球形纳米二氧化硅粉体的方法，其特征是，所述的非离子型分散剂为PEG1000。
4.根据权利要求1所述的制备球形纳米二氧化硅粉体的方法，其特征是，所述的聚电解质型分散剂为PAA1000或PAA2000。
5.根据权利要求1所述的制备球形纳米二氧化硅粉体的方法，其特征是，所述真空低温冷冻干燥使用真空冷冻干燥机。
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