[发明专利]一种具有单孔中空结构的有机硅微球及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机硅微球及其制备方法，具体涉及一种具有单孔中空结构的有机硅微球及其制备方法。

背景技术

聚有机硅烷是指主链含硅、且硅原子上至少含有一个有机基团的一类聚合物，因具有分子水平的有机-无机杂化结构，所以兼具有机材料和无机材料的优异性能，其无机骨架Si-O-Si结构赋予材料良好的耐高低温、耐候、耐老化、憎水、阻燃、绝缘以及尺寸稳定性，有机基团使材料具有更好的韧性、良好的加工性以及反应活性等，使其广泛应用于电子封装材料，耐热材料以及光学传导等方面。

中空有机硅烷微球由于其低密度、大比表面积、稳定的光、热、电和化学性能而广泛应用于微反应器、药物载体、过滤器、催化等方面。模板法是制备中空有机硅烷微球的常用方法，通常所使用的模板材料主要有聚合物乳胶粒、乳液滴、嵌段共聚物胶束以及无机颗粒等。利用模板法制备中空有机硅微球过程为：先得到模板，进而将硅烷偶联剂前驱体在模板表面水解缩合，得到有机硅烷包覆模板材料的核壳结构，再经过高温煅烧或者有机溶剂处理将模板去除，得到中空微球。因为涉及到模板的制备和去除，所以制备过程比较繁琐，而且模板的去除常使得到的中空微球形貌不规整，且聚合物乳液滴本身属于热力学不稳定体系，从而使得中空微球在尺寸大小均匀性的控制上变得困难。另外通过高温煅烧去除模板，会分解中空有机硅烷颗粒中的有机基团，从而丧失其有机无机杂化的优势，为了获得有机基团，需要对其表面再次进行改性。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有单孔中空结构的有机硅微球及其制备方法，提供的有机硅微球表面具有活性官能团氨基、且具有贯穿单孔结构，粒径均匀性好；提供的制备方法简单易行，不使用任何模板和表面活性剂，不涉及表面改性和后处理等繁琐过程，一步即可获得含活性基团氨基的中空有机硅微球。

为此，本发明所提供的一种具有单孔中空结构的有机硅微球的制备方法，包括如下步骤：

(1)将有机硅烷和含有氨基的有机硅烷进行混合得到有机硅烷混合物；所述有机硅烷为式R_1xSi(OR₂)_y所示化合物中至少一种，所述含有氨基的有机硅烷为式R’_1xSi(OR₂)_y所示化合物中至少一种；

式中，R₁为氢、卤素、烷氧基或烃基，R’₁为链长C1～C8的含氨基的烃基；R₂为C1～C8的烷基；x为1或2，y为2或3；

(2)将所述有机硅烷混合物加入至溶剂中进行水解缩合反应即得产品；

所述溶剂为水或水与有机溶剂的混合物。

上述的制备方法中，R₁具体可为甲基、乙烯基、苯基、环氧基醚基、氯原子或巯丙基。

上述的制备方法中，步骤(1)中所述有机硅烷混合物中，所述含有氨基的有机硅烷与所述有机硅烷的摩尔份数比可为(1～30)∶(1～30)，具体可为10∶1、5∶1、4.5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1或1∶4；步骤(2)中，所述有机硅烷混合物与所述溶剂的质量份数比可为(1～10)∶20，具体可为0.9∶8、3∶20、0.6∶5、1∶9或1∶10。

上述的制备方法中，步骤(2)中，所述水解缩合反应的温度可为0℃～90℃，具体可为0℃～50℃、0℃、20℃、30℃或50℃，时间可为3分钟～24小时，具体可为1小时～15小时、1小时、3小时、4小时、5小时或15小时。

上述的制备方法中，步骤(2)中，在所述水解缩合反应之后，所述方法还包括陈化的步骤；所述陈化的温度可为0℃～70℃，具体可为0℃、20℃或50℃，时间可为0.5小时～100小时，具体可为5小时～25小时、5小时、10小时、15小时、24小时或25小时，经所述陈化后，可以离心的方式分离所述有机硅微球和溶剂，再用去离子水反复洗涤有机硅微球后，经冷冻干燥即可。

上述的制备方法中，步骤(2)所述水与有机溶剂的混合物中，所述有机溶剂与水的质量份数比可为(0～1)∶(5～10)，具体可为1∶4或1∶9，但所述有机溶剂的量不为零；所述有机溶剂可为醇类化合物(如甲醇、乙醇、异丙醇或丁醇)、醚类化合物(如乙醚)或烷烃类化合物(如正己烷)。