[发明专利]一种小尺寸单分散中空二氧化硅微球及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及一种小尺寸单分散中空二氧化硅微球及其制备方法和应用，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中，再加入水和酸性介质，加热反应；引入非离子型高分子表面活性剂加热反应，而后除去溶液中的水及有机溶剂，在溶液中加入扩孔剂混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液加入到水中混合，形成水包油的液滴；之后引入酸性介质或碱性介质，液滴原位水解缩合反应，得到透明泛蓝的混合液；将混合液洗涤至中性，再引入有机溶剂，加热除水，得到分散于有机溶剂的二氧化硅中空微球。本发明制备的二氧化硅中空微球粒径均在50纳米以下，且粒径非常均匀，用作减反射材料具有良好的减反射效果。

技术领域

本申请属于介孔材料制备技术领域，尤其是涉及一种小尺寸单分散中空二氧化硅微球及其制备方法和应用。

背景技术

纳米级二氧化硅中空微球往往表现出许多异于实心颗粒的物理化学性质，如良好的电学、磁学、渗透性以及力学性质、光学性质等，在缓释胶囊、轻质填料、选择性吸附、减反射、隔热、活性物质包裹、催化、绝缘等诸多重要领域都有着广阔的市场应用前景。因此，近年来纳米级二氧化硅中空微球的研究引起人们极大的兴趣。

硬模板法是制备空心球方法中最典型、应用最为广泛的方法，但这种方法在去除模板过程中空心结构容易坍塌，破坏其球壳结构，且由于小尺寸纳米二氧化硅粒度极小、表面能极高，极易团聚，所以硬模板法不适用于制备更小尺寸的二氧化硅中空微球。

软模板法是以气体或者胶束等为模板制备空心球材料的办法，和传统硬模板法相比，软模板法易于去除模板，软模板的高可塑性容许大范围的压缩而不变形，因此软模板法具有更高灵活性，更容易得到小尺寸的中空微球。常用的软模板法有微乳液(反微乳液)、胶团、囊泡和液滴等，例如：文献号为CN101857234A的专利公开了一种单分散介孔二氧化硅中空纳米微球与制备方法，在超声波辐射的条件下，以无机钠盐或钾盐为水解助剂，以吐温为分散剂，制备出内层包含有正辛胺模板的二氧化硅中空纳米微球，然后将其放置在马弗炉中煅烧除去有机模板而制备出40-200nm的二氧化硅中空微球，但该方法制备出来的空心球粒径较大、分布范围较宽且还需要高温煅烧。

阴离子表面活性剂模板法是一类最近新发展起来的空心材料制备方法，文献报道了很多以阴离子表面活性剂为模板制备不同结构及形貌的介孔二氧化硅材料的方法，例如：文献号为CN102530972A的专利以阴离子表面活性剂为模板，采用共结构导向法合成路线，得到粒径和壳层厚度可控的粒径为30-80nm的二氧化硅中空微球形材料，该方法需要350-550℃下洗涤干燥，且容易导致二氧化硅中空微球的团聚。

乳液法也是应用较多的制备中空结构材料方法之一，这种方法利用硅烷与不同溶剂之间的极性差异，获得油包水或者是水包油的乳液，硅烷在相界面处水解、缩合、形成中空结构的二氧化硅微球，中空结构的外部尺寸由开始形成乳液时所受的剪切力决定，空腔的尺寸则受到反应时间、反应浓度合反应后所选择的有机溶剂决定，该方法制备的二氧化硅微球的粒径较大。例如：2003年，Hoe Jin Hah等人利用苯基三甲氧基硅烷首先在酸性条件下水解，然后加入氨水使之在碱性条件下缩合，两步法形成中空结构，但该方法制备的中空二氧化硅微球粒径达550nm。

综上所述，近二十年来，研究人员提出多种制备二氧化硅中空微球的方法，但是粒径在50nm以下、粒度均匀的小尺寸单分散中空二氧化硅微球的制备方法尚未有报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为解决现有制备二氧化硅中空微球的方法存在的空心球粒径较大、粒径分布范围较宽、需要高温干燥/煅烧、二氧化硅中空微球易团聚的不足，从而提供一种小尺寸单分散中空二氧化硅微球及其制备方法和应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种小尺寸单分散中空二氧化硅微球的制备方法，包括如下步骤：