[发明专利]一种形状尺寸壁厚可控的二氧化硅囊泡材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于多孔材料技术领域，具体涉及形状、尺寸、壁厚可控的二氧化硅囊泡材料及其合成方法。

背景技术

囊泡材料在催化，色谱，微反应器，颜料，低介电材料的填充剂，分离，药物缓释等方面具有广阔的应用前景，因而受到研究者的广泛关注。考虑其化学组成，囊泡材料大体上可以分为有机和无机两大类。利用离子型表面活性剂可以制备囊泡材料，此外，Eisenberg[Kui Yu，Adi Eisenberg^*，Macromolecules，1996，29，6359-6361；Tony，Azzam.；AdiEisenberg^*，Angewandte Chemie-International Edition 2006，45，(44)，7443-7447]及其合作者们用嵌段共聚物，通过改变嵌段共聚物的组成，嵌段共聚物的浓度，溶剂的组成，添加剂(盐，酸，碱，同聚物)，合成体系的温度，溶液pH值等方法可以得到各种形貌的高分子囊泡。相对有机囊泡而言，无机囊泡材料的机械强度好，热稳定性高、不依赖有机溶剂等特点，因而应用前景更为广泛。从其结构上来分析，囊泡材料的一个突出特点就是具有很大的孔体积。Pinnavaia[S.S.Kim；T.J.Pinnavaia，Science 1998，282，1302-1305]及其合作者利用一类特殊的表面活性剂制备得到直径为20-1400nm的囊泡，但其墙壁为蠕虫状介孔结构，孔容不高，而且制备过程中要加入有机溶剂。Stucky[Patrick Schmidt-Winkel，Galen D.Stucky^*，et a1.Chem.Mater.2000，12，686-696]及其合作者利用嵌段共聚物加入一定量的有机膨胀剂(三甲基苯，TMB)，可以制备得到具有较大孔容的介观泡沫(MCF)材料，该过程遵循的是微乳液模板的机制，不能得到较为分散的囊泡材料，而且TMB易挥发、毒性较大，对环境不友好。我国中科院化学所陈永明[Jianzhong Du and Yongming Chen，Macromolecules 2004，37，5710-5716]等利用特殊合成的一类两亲嵌段聚合物在选择性溶剂中可以形成聚物囊泡，通过溶胶—凝胶过程可制备得到稳定的有机—无机杂化囊泡。由于该原料(同时作硅源和模板剂)昂贵，可能不利于大量制备囊泡材料。最近，我们课题组[Hongning，Wang，Chengzhong，Yu^*，et a1.Adv.Funct.Mater.2007，17，613-617].利用商品化嵌段高分子P123(PEO₂₀-PPO₇₀-PEO₂₀，其中PEO为聚环氧乙烷，PPO为聚环氧丙烷)为模板剂，在不加入有机共溶剂的条件下直接制备高产率、高孔容的无机单层囊泡、泡沫材料。但迄今为止，还没有利用一种方法对二氧化硅无机囊泡材料的形状、尺寸和壁厚实现有效的合成控制。而二氧化硅囊泡材料结构参数上的有效控制为实现其在上述提到的潜在应用价值方面提供了更大的可能性和选择性。

发明内容

本发明的目的是提供一种形状、尺寸、壁厚可控的二氧化硅囊泡材料及其简便易行的制备方法。

本发明采用表面活性剂P65(EO₂₀PO₃₀EO₂₀)(EO环氧乙烯；PO环氧丙烯)，B50-6600(EO₃₉BO₄₇EO₃₉)(BO为环氧丁烯)等作为共模板，正硅酸乙酯[Si(OC₂H₅)₄]和正硅酸甲酯[Si(OCH₃)₄]作为混合硅源，在近中性水相中于室温下制备结构丰富的二氧化硅囊泡材料，形貌(空心球状，空心管状等)可控，孔径尺寸在25-100nm，壁厚在5-25nm范围内可调。

本发明提出的具有丰富形貌的二氧化硅囊泡材料所用的表面活性剂与硅源的摩尔比为0.01∶1～1.6，两种表面活性剂的质量分数及两种硅源的摩尔比在0％-100％进行调节变化，使得最终材料的形貌(空心球状，空心管状等)可控，孔径尺寸在25-100nm，孔壁厚度在5-25nm范围内可调。

本发明的二氧化硅囊泡材料的制备方法如下：

(1)制备母液