[发明专利]一种比表面积可调空心球形二氧化硅及其制备方法与应用

说明书

本发明提出了一种比表面积可调空心球形二氧化硅的制备方法，包括：1）软模板法合成不同粒径空心球形二氧化硅；2）控制煅烧温度调控空心球形二氧化硅的比表面积。制备得到的不同比表面积的空心球形二氧化硅具有较低的导热系数和优异的可见光透过性，是一种理想透明隔热涂料的填料，可应用于建筑、汽车、火车、飞机玻璃等领域。该法工艺简单、成本低，具有极高的应用价值和广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于透明隔热材料生产技术领域，具体涉及一种比表面积可调空心球形二氧化硅及其制备方法与应用。

背景技术

人类生活的一些空间（如房屋和车辆）需要具备保温和采光两大功能。普通玻璃透明性虽好但对红外线和紫外线的阻隔性能差，因此研发透明隔热涂料具有重要意义。

美、日、韩等国家有关透明隔热涂料的研究开展得比较早，研究的重点主要集中在金属氧化物纳米材料，比如ITO(氧化铟锡)、ATO(氧化锡锑)等。首先将制得的纳米金属氧化物调配成稳定分散的水性或油性浆料，然后将其应用于涂料中，制得具有隔热、阻隔紫外线和红外线等多功能性透明涂料。这类填料的主要缺点是硬度比较大，浆料的制备需要经过球磨、砂磨等复杂工艺流程，才能获得具有合适细度的浆料；制备周期较长、成本昂贵。因此，亟待开发一种新型功能填料，不仅具有良好的透明隔热效果，还能实现简单高效的规模化制备。

发明内容

本发明目的在于克服和解决现有技术中存在的问题和缺陷，提供一种比表面积可调的空心球形二氧化硅，其制备工艺简单，反应条件易于控制，成本较低，适合工业化生产；将制备所得的空心球形二氧化硅作为涂料的填料，可以得到较高紫外线和红外线阻隔率的透明隔热涂料，有望取代涂料填料中的金属氧化物，成为新一代的透明隔热涂料。

本发明还提供了上述空心球形二氧化硅的制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种比面积可调空心球形二氧化硅的制备方法，其包括软模板法合成空心球形二氧化硅、高温煅烧调控比表面积两个步骤，具体如下：

1）软模板法合成不同粒径空心球形二氧化硅：将表面活性剂（作为球形软模板）、硅烷偶联剂（作为表面修饰剂）、正硅酸四乙酯（TEOS）与乙醇水溶液在碱性条件下进行水解缩合反应，得到介孔球形二氧化硅浆料；再经高温水热反应得到空心球形二氧化硅浆料；

2）空心球形二氧化硅浆料经洗涤、烘干、粉碎和煅烧，即得比面积可调空心球形二氧化硅。

具体的，步骤1）中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基氯化铵、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基氯化铵等中的一种或多种。

进一步的，步骤1）中，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷等中的一种或者多种。

具体的，步骤1）所述乙醇水溶液中，乙醇与水摩尔比为1：（10-30）；乙醇选用浓度95%的工业酒精。选用有机碱如三乙醇胺、二乙醇胺、三乙胺、二乙胺等中的一种或多种来调节pH值为碱性（pH=9~12）。

进一步的，步骤1）中，水解缩合反应（主要用于TEOS的水解缩合与表面改性）温度为30-60℃，反应时间1-5h。

进一步的，步骤1）中，表面活性剂与正硅酸四乙酯质量比为1：（5-30），硅烷偶联剂与正硅酸四乙酯摩尔比为1：（2-20）。

具体的，步骤1）中，水热反应温度为110-180℃，反应时间6-16h。

具体的，步骤2）中，调控空心球形二氧化硅比表面积、孔容、孔径的煅烧温度为500-1100℃，煅烧时间2-12h。