[发明专利]一种海胆状双壳层中空微球的制备方法

说明书

一种海胆状双壳层中空微球的制备方法，以聚苯乙烯微球为模板，在其表面包覆一层二氧化硅；采用溶胶‑凝胶法再在其表面包覆一层二氧化钛；以上述双壳层微球为模板，采用水热法对外层二氧化钛进行表面刻蚀，使微球表面的部分Ti‑O键断裂形成二氧化钛纳米片，最后经过高温煅烧除去聚苯乙烯模板，得到表面具有不规则片层结构的海胆状双壳层中空微球。该方法所制备的海胆状双壳层中空微球不仅具有较低的导热系数，同时外层的二氧化钛中既有锐钛矿相又有金红石相。将所制备的海胆状双壳层中空微球引入传统涂料中，可降低涂层的导热系数，提高光反射率，表现出优异的保温隔热效果，同时对紫外线中的UVA和UVB也有更好的吸收和反射作用。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，特别涉及一种海胆状双壳层中空微球的制备方法。

背景技术

目前，关于保温隔热涂料的研究主要分为两方面：一是利用无机纳米微球填料对太阳光的反射作用制备反射型涂料；二是利用气凝胶、中空玻璃微珠等填料对热量的阻隔作用制备阻隔型涂料。然而，单一的反射型涂料或阻隔型涂料在实际应用中均具有局限性。为了进一步提高涂料的实用性能，多种机理协同作用的保温隔热材料成为一项新的研究热点。

纳米中空二氧化硅由于具有导热系数低、物理刚性好、稳定性好、空腔结构稳定等性能特点，被广泛应用于生物医药、环境保护、涂层材料等诸多领域。纳米二氧化钛作为一种典型的半导体材料，其禁带宽度较大(3.2eV)，物理化学性质稳定，具有优异的光反射性、紫外屏蔽性和自清洁性。同时，既有金红石相又有锐钛矿相的混晶态二氧化钛对紫外线中的UVA和UVB具有更好的吸收和反射能力。所以有必要提供一种具有优异的保温隔热性能，同时对紫外线中的UVA和UVB具有较好的抵抗能力的材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海胆状双壳层中空微球的制备方法，该方法制备的海胆状双壳层中空微球以二氧化硅为内壳层、以表面具有不规则片层结构的二氧化钛层为外壳层，且外壳层二氧化钛为既有金红石相又有锐钛矿相的混晶态，该微球具有优异的保温隔热性能，同时对紫外线中的UVA和UVB具有较好的抵抗能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种海胆状双壳层中空微球的制备方法，将聚苯乙烯@二氧化硅@二氧化钛多层核壳微球超声分散在氢氧化钠水溶液中，然后加入过氧化氢溶液，搅拌均匀后，转移至聚四氟乙烯反应釜中，在140℃～220℃条件下反应2h～10h，离心、洗涤、干燥，得到海胆状聚苯乙烯@二氧化硅@二氧化钛多层核壳微球；最后将制备的海胆状聚苯乙烯@二氧化硅@二氧化钛多层核壳微球煅烧，得到海胆状双壳层中空二氧化硅@二氧化钛微球。

本发明进一步的改进在于，聚苯乙烯@二氧化硅@二氧化钛多层核壳微球与氢氧化钠水溶液的比为0.03g～0.15g：13mL～25mL，其中，氢氧化钠水溶液的浓度为0.1～1.0mol/L。

本发明进一步的改进在于，搅拌的转速为400r/min，时间为5min～15min。

本发明进一步的改进在于，聚苯乙烯@二氧化硅@二氧化钛多层核壳微球与过氧化氢溶液的比为0.03g～0.15g：0.1mL～0.8mL，其中，过氧化氢溶液质量浓度为2～5％。

本发明进一步的改进在于，煅烧的温度为700℃～900℃，时间为2h～5h。

本发明进一步的改进在于，聚苯乙烯@二氧化硅@二氧化钛多层核壳微球通过以下过程制得：

(1)将聚苯乙烯微球乳液、蒸馏水和异丙醇混合后，调节pH值至9.5～10.6，然后滴加正硅酸乙酯，滴毕后于40℃～60℃下，搅拌5h～8h，将产物离心、洗涤、干燥，得到聚苯乙烯@二氧化硅核壳微球；

(2)将聚苯乙烯@二氧化硅核壳微球超声分散在无水乙醇中，然后滴加钛酸四丁酯的无水乙醇溶液，于75℃～85℃下搅拌2h～4h，离心、洗涤、干燥，得到聚苯乙烯@二氧化硅@二氧化钛多层核壳微球。