[发明专利]一种中空多孔二氧化硅微球、制备方法及应用

说明书

本申请涉及一种中空多孔二氧化硅微球、制备方法及应用，制备方法为：把含疏水性基团的硅烷化合物分散在四烷氧基硅烷和含羟基的亲水聚合物的混合液中，加入有机溶剂使其分散至溶液透明，加入酸性介质，加热反应，得到预聚体溶液；搅拌条件下，将预聚体溶液加入水中，再加入酸性介质或碱性介质，使预聚体发生水解缩合反应，将反应后的乳液静置、过滤，清洗沉淀物，加热干燥，得到中空多孔二氧化硅微球。本发明的二氧化硅微球具有核内中间大孔，通过含羟基的亲水聚合物的加入量，使得外壳层为环绕核内中间大孔的含有微孔、介孔和大孔的蜂窝状结构及与外部介孔壳层，且其亲疏水可控，可作为隔热材料、活性物质包覆和缓释的载体、吸附材料、绝缘材料。

技术领域

本申请属于二氧化硅微球制备工艺技术领域，尤其是涉及一种中空多孔二氧化硅微球、制备方法及应用。

背景技术

中空多孔二氧化硅是一种具有可渗透性的硅壳结构和壳内的巨大内腔的特殊结构材料，中空多孔二氧化硅微球具有内部空间大、稳定性较好、比表面积大、尺寸和组成易控制以及优良的渗透性等特性，在催化、吸附和分离、药物装载和控释、纳米加工等领域有广阔的应用前景。按照国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)的定义，多孔材料按照孔径的大小可分为：微孔(孔径2nm)，介孔(孔径2-50nm)，大孔(孔径50nm-1μm)材料。

目前中空多孔二氧化硅微球的合成方法多样，产物结构、孔径各异，但基本上都采用软模板法和硬模板法，其中：硬模板法用事先合成聚合物微球为模板，使二氧化硅前驱体在聚合物表面沉积、生长，最终得到二氧化硅复合微球，但在反应结束后需要将聚合物模板煅烧或者溶剂溶解才能得到介孔二氧化硅微球，在除去聚合物模板的过程中，会增加介孔二氧化硅微球的团聚甚至使球壳发生破裂；软模板法通常使用微乳液滴作为模板，需要引入大量表面活性剂，在两相界面发生聚合、水解、溶胶-凝胶等化学反应成膜，最后分离干燥，得到多孔二氧化硅微球，但最终既需要除去软模板，又要除去体系中的所有表面活性剂分子，制备工艺复杂。

此外，现在已有乳液聚合法来制备中空多孔二氧化硅微球，例如，文献号为CN109289719A的专利公开了一种中空介孔二氧化硅微球的制备方法，将二氧化硅前驱体、疏水溶剂和助稳定剂充分混合得到均匀的油相，将所述油相加入到由乳化剂和去离子水构成的水相中，得到预乳液；将所述预乳液均质乳化制得细乳液；向细乳液中加入催化剂使二氧化硅前驱体发生水解缩合反应，制得中空介孔二氧化硅微球。但是，该方法制备的二氧化硅微球的壳层仅含介孔空隙，其尺寸仅在纳米级别，且不能调控二氧化硅微球的亲疏水性，使其应用受到了限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的中空二氧化硅微球的壳层仅含介孔空隙，其尺寸仅在纳米级别，且不能调控二氧化硅微球的亲疏水性不足，从而提供一种中空多孔二氧化硅微球、制备方法及应用。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种中空多孔二氧化硅微球的制备方法，包括如下步骤：

S1：把含疏水性基团的硅烷化合物分散在四烷氧基硅烷和含羟基的亲水聚合物的混合液中，再往混合液中加入有机溶剂使其分散至溶液透明，然后加入酸性介质将溶液调成酸性，加热反应，待反应结束后，除去溶液中的有机溶剂，得到带有疏水基团的预聚体溶液；

S2：搅拌条件下，将预聚体溶液加入到水中，形成乳状液；

S3：向乳状液中加入酸性介质将乳状液调成酸性或加入碱性介质将乳状液调成碱性，继续搅拌，使预聚体发生水解缩合反应，然后将反应后的乳液静置、过滤得到沉淀物；

S4：清洗沉淀物，并将沉淀物加热干燥，得到中空多孔二氧化硅微球。

优选地，S1步骤中，含疏水性基团的硅烷化合物与四烷氧基硅烷的质量比为0.3-1:1，含羟基的亲水聚合物与四烷氧基硅烷的质量比为0.01-0.26:1。