[发明专利]一种介孔二氧化硅微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅微球的制备方法，具体涉及采用模板法合成介孔二氧化硅微球的制备方法。

背景技术

单分散介孔二氧化硅材料是胶体科学中最引人注目的领域。许多研究者致力于制备具有尺寸分布窄、尺寸和形状可控和具有不同表面性质的二氧化硅材料。以广泛应用于光学材料、色谱柱中填充材料和生物材料等不同的领域。目前制备介孔SiO₂微球的方法主要是模板法，有阳离子型表面活性剂模板方法、混合阳离子型-阴离子型表面活性剂模板和阳离子型-阴离子型-中性嵌段共聚物三重表面活性剂模板法。采用上述传统的模板剂工业成本高，并且阳离子表面活性剂毒性易对环境造成污染。PEG(聚乙二醇)，由于其具有亲水性、优异的兼容性和低成本被选作为模板剂。如sun等人采用分子量为2000的PEG模板剂合成出具有2到10微米尺寸的多孔二氧化硅材料(请参见Qianyao Sun，Theo P.M.Beelen，Rutger A.van Santen.PEG-Mediated Silica Pore Formation Monitored in Situ by USAXS and SAXS：Systems with Properties Resembling Diatomaceous Silica.J.Phys.Chem.B，2002，106，11539-11548)。Yang等人利用PEG(分子量10000或20000)或者SDS(十二烷基硫酸钠)混合物作为模板剂制备具有介孔结构的SiO₂微球，直径在10-50微米，(请参见Liming Yang，Yujun Wang，Guangsheng Luo，Youyuan Dai.A new‘pH-induced rapid colloid aggregation’method to prepare micrometer-sized spheres of mesostructured silica in water-in-oil emulsion.Microporous and Mesoporous Materials，2006，94，269-276。上述报道的采用2000以上的PEG作为模板剂合成SiO₂微球，由于在酸性水溶液中，高分子量PEG吸附到SiO₂上，加速胶体SiO₂颗粒的凝结和沉淀，促进SiO₂块体的形成，从而产生絮凝团聚作用，使得到球形结构较差(见附图1)，粒径分布宽。

发明内容

本发明提供一种利用PEG做模板制备二氧化硅微球的方法，使PEG在加速溶胶的凝胶化和SiO₂球的形成中，得到分散控制，从而改善SiO₂块体的形成，得到粒径分布窄，球形状规则的二氧化硅微球。

本发明提出的介孔二氧化硅微球的制备方法：在静置酸性条件下，以两种不同分子量的聚乙二醇(PEG)为模板剂，以正硅酸乙酯为硅源合成单分散SiO₂微球；其步骤为：将两种不同分子量的PEG混合模板剂、正硅酸乙酯、盐酸和水按照摩尔比0.0088∶0.15-0.55∶3∶100加入反应器混合，得到混合溶液，其中所述两种不同分子量的PEG混合模板剂是用分子量为280-320的低分子量PEG和分子量为18,000---22,000的高分子量PEG混合，其中低分子量PEG与高分子量PEG的摩尔比为1∶2～2∶1，将混合溶液在30～60℃恒温条件下反应6～20h，得到的反应产物离心分离，除去上层清液并将残留物干燥，得到的白色粉末经过煅烧除去表面活性剂，制得介孔球形二氧化硅微球。

本发明的方法中，所述加入两种不同分子量的PEG混合模板剂，凝胶SiO₂的旋节相分离受到添加的PEG或形成的其他水溶性、氢键聚合物的控制。其中在酸性条件下，高分子量PEG使胶体SiO₂颗粒的凝结和沉淀，低分子量PEG加入时，诱陷大体积水滴的向列相液滴或类似结构在该反应溶液中形成，胶体SiO₂/PEG颗粒在该液滴内聚结并长大，起到控制分散胶体SiO₂/PEG颗粒聚结的作用。本发明混合模板剂中低分子量聚乙二醇和高分子量聚乙二醇优选按摩尔比1∶1混合。优选的低分子量聚乙二醇为市售的PEG300，高分子量聚乙二醇为市售的PEG20,000。