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CN115504479B - 一种SiO2微米球及前驱物的制备方法 - Google Patents

一种SiO2微米球及前驱物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SiO2微米球及前驱物的制备方法，属于无机非金属材料领域。所述制备方法包括将去离子水和丙醇胺均匀混合得到澄清溶液，向所述澄清溶液中加入硅酸四乙酯和乙醇，反应后得到纳米晶种分散液，接下来向晶种分散液中加入醋酸和硅酸钠，反应后经接枝处理得到微米球前驱物混合液，向所述前驱物混合液中滴加适量的硅酸四乙酯继续反应后滤出产物，将产物煅烧后即可得到具有树莓状表面形貌的SiO2微米球。本发明制备的微米级SiO2球具有树莓状的表面，其粒径适中可控，制备过程环保，树莓状表面能提高微球的比表面，有利于改善微球填充后的界面结合力。

Description

一种SiO2微米球及前驱物的制备方法
技术领域
本发明涉及无机非金属材料技术领域，尤其是涉及一种具有树莓状表面的SiO2微米球及前驱物的制备方法。
背景技术
SiO2微球具有纯度高、稳定性好、力学性能优良、易于被改性等特点，主要用来作为具有结构增强和功能改性的添加料，广泛被应用于生物医药、电子通讯、催化载体、工程材料等领域。传统制备硅微球的方法主要是以硅酸四乙酯为原料，利用溶胶凝胶的方法来制备，得到的产物尺寸往往在1μm甚至是800nm以下，如此细度的SiO2微球虽具有较高的比表面，但是在作为填料使用时往往在基体中分散性不好，极其发生团聚，这将影响材料的最终性能。
因此，适当地提高SiO2微球的粒径可以提高其在基体材料中的分散性，使用乳液法虽能得到较大粒径的SiO2微球，但其反应过程较难控制，得到的微球尺寸往往在10μm以上，且其比表面较小，如此大粒径微球的引入往往会造成材料某些性能的下降，如力学性能和介电性能等，特别是在制备一些功能薄膜、低维介质器件和精密微型部件时，会造成材料加工困难。因此，控制微球具有合适的粒径具有非常重要的意义。此外，在获得SiO2微米球的同时适当提高其比表面，对于其功能化应用也非常重要。
发明内容
本发明目的是提供一种SiO2微米球及前驱物的制备方法，以解决现有技术中存在的一个或多个技术问题。
为实现上述发明目的，本发明提出一种SiO2微米球的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、将去离子水和丙醇胺均匀混合得到澄清溶液；
S2、将硅酸四乙酯和乙醇混合均匀后滴入到上述澄清溶液中，在一定温度下搅拌反应一段时间后得到纳米晶种分散液；
S3、向所述晶种分散液中加入醋酸和硅酸钠，混合均匀后于一定温度条件下继续搅拌反应一段时间，然后冷却至室温后经接枝处理得到微米球前驱物混合液；
S4、在室温下向所述前驱物混合液中滴加适量的硅酸四乙酯，继续搅拌反应一段时间后滤出产物，将产物洗涤干燥后煅烧即可得到具有树莓状表面形貌的SiO2微米球。
在一个或多个实施方式中，所述去离子水、丙醇胺、硅酸四乙酯和乙醇的初始摩尔比为(120-130):(0.15-0.21):1:(55-65)。
在一个或多个实施方式中，所述步骤S2中晶种分散液的制备温度为40-60℃，搅拌反应时间为3-7小时。
在一个或多个实施方式中，所述步骤S3中醋酸和硅酸钠的摩尔比为1:(4-8)，两者的加入总量为分散液的10％-15％。
在一个或多个实施方式中，所述步骤S3中，前驱物混合液的制备温度为120-180℃，搅拌反应时间为12-24小时。
在一个或多个实施方式中，所述步骤S3中，所述接枝处理选择使用等离子表面处理接枝工艺。
在一个或多个实施方式中，所述步骤S4中，继续添加硅酸四乙酯的量为SiO2微米球前驱物混合液的0.2％-0.4％。
在一个或多个实施方式中，所述步骤S4中煅烧条件为空气中500-800℃保温2-6小时。
本发明还提出一种SiO2微米球前驱物的制备方法，包括如下制备步骤：
S1、将去离子水和丙醇胺均匀混合得到澄清溶液；
S2、将硅酸四乙酯和乙醇混合均匀后滴入到上述澄清溶液中，在一定温度下搅拌反应一段时间后得到纳米晶种分散液；
S3、向制得的晶种分散液中加入醋酸和硅酸钠，混合均匀后于一定温度条件下继续搅拌反应一段时间，然后冷却至室温后经接枝处理得到微米球前驱物混合液。
在一个或多个实施方式中，所述去离子水、丙醇胺、硅酸四乙酯和乙醇的初始摩尔比为(120-130):(0.15-0.21):1:(55-65)。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明制备方法的原料简单，来源广泛易获得，硅源利用率高，硅酸四乙酯用量低，降低了原料成本和环境影响。
2、本发明制备方法制备的微米级SiO2球粒径可控，在1-5μm，且工艺简单环保，适合工业化生产。
3、本发明制备方法制备的SiO2微米球具有树莓状表面，有利于改善微球填充后的界面结合力，提高了材料的可加工性。
4、本发明制备的SiO2微米球的树莓状表面提高了微球的比表面，且表面具有纳米结构，有利于表面改性，拓宽了材料的功能化应用领域。
附图说明
图1是本发明实施例1制得的SiO2微米球的SEM扫描电镜图；
图2是本发明实施例1制得的SiO2微米球的XRD图；
图3是本发明实施例3制得的SiO2微米球的SEM扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的成分或组成部分，而并未排除其它成分或其它组成部分。
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
实施例1
将去离子水和丙醇胺按120:0.15的摩尔比均匀混合得到澄清的溶液，接着将硅酸四乙酯和乙醇按1:55的摩尔比混合均匀后滴入到上述澄清溶液中，在40℃的温度下搅拌反应3小时后得到分散液。随后在制得的分散液中按1:8的摩尔比依次加入醋酸和硅酸钠，加入总量为分散液的15％，并在混合均匀后于120℃的温度下继续搅拌反应12小时，然后冷却至室温后，经接枝处理得到前驱物混合液。
接下来，在室温下向所述前驱物混合液中滴加0.4％硅酸四乙酯，继续搅拌反应一段时间后滤出产物，将产物洗涤干燥后在空气中以500℃的温度保温6小时，即可得到具有树莓状表面形貌的SiO2微米球。如图1所示，制备得到的具有树莓状的表面形貌SiO2微米球，微米球的粒径约1-1.5μm，树莓状的表面形貌提高了SiO2微米球的比表面。图2是制得的SiO2微米球的XRD图，图中的曲线表示测试结果中的SiO2峰值曲线，沿横坐标分布的竖直线表示SiO2的特征标准谱线，从图2的物相图中可以看出，实验测试得到的SiO2含量与SiO2特征标准谱线相吻合。
实施例2
将去离子水和丙醇胺按125:0.18的摩尔比均匀混合得到澄清的溶液，接着将硅酸四乙酯和乙醇按1:60的摩尔比混合均匀后滴入到上述澄清溶液中，在50℃的温度下搅拌反应5小时后得到分散液；随后在制得的分散液中按照摩尔比1:6依次加入醋酸和硅酸钠，加入总量为分散液的12％，并在混合均匀后于150℃的温度下继续搅拌反应18小时，然后冷却至室温后，经接枝处理得到前驱物混合液。
接下来，在室温下滴加0.3％硅酸四乙酯于前驱物混合液中，继续搅拌反应一段时间后滤出产物，将产物洗涤干燥后在空气中以600℃的温度保温4小时，即可得到具有树莓状表面形貌的SiO2微米球，微米球的粒径约2-3μm，树莓状的表面形貌提高了SiO2微米球的比表面。
实施例3
将去离子水和丙醇胺按130:0.21的摩尔比均匀混合得到澄清的溶液，将硅酸四乙酯和乙醇按1:65的摩尔比混合均匀后滴入到上述澄清溶液中，在60℃的温度下搅拌反应7小时后得到分散液；接着在制得的分散液中按照摩尔比1:4依次加入醋酸和硅酸钠，加入总量为分散液的10％，并在混合均匀后于180℃的温度下继续搅拌反应24小时，然后冷却至室温后，经接枝处理得到前驱物混合液。
接下来，在室温下滴加0.2％硅酸四乙酯于前驱物混合液中，继续搅拌反应一段时间后滤出产物，将产物洗涤干燥后空气中800℃保温2小时，即可得到具有树莓状表面形貌的SiO2微米球，如图3所示，SiO2微米球的粒径约4-5μm，树莓状的表面形貌提高了SiO2微米球的比表面。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种SiO2微米球的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将去离子水和丙醇胺均匀混合得到澄清溶液；
S2、将硅酸四乙酯和乙醇混合均匀后滴入到所述澄清溶液中，在一定温度下搅拌反应一段时间后得到纳米晶种分散液；
S3、向所述晶种分散液中加入醋酸和硅酸钠，混合均匀后于一定温度条件下继续搅拌反应一段时间，然后冷却至室温后经接枝处理得到微米球前驱物混合液；
S4、在室温下向所述前驱物混合液中滴加适量的硅酸四乙酯，继续搅拌反应一段时间后滤出产物，将产物洗涤干燥后煅烧即可得到具有树莓状表面形貌的SiO2微米球。
2.根据权利要求1所述SiO2微米球的制备方法，其特征在于，所述去离子水、丙醇胺、硅酸四乙酯和乙醇的初始摩尔比为(120-130):(0.15-0.21):1:(55-65)。
3.根据权利要求1所述SiO2微米球的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中晶种分散液的制备温度为40-60℃，搅拌反应时间为3-7小时。
4.根据权利要求1所述SiO2微米球的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中醋酸和硅酸钠的摩尔比为1:(4-8)，两者的加入总量为分散液的10％-15％。
5.根据权利要求1所述SiO2微米球的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，前驱物混合液的制备温度为120-180℃，搅拌反应时间为12-24小时。
6.根据权利要求1所述SiO2微米球的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述接枝处理选择使用等离子表面处理接枝工艺。
7.根据权利要求1所述SiO2微米球的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，继续添加硅酸四乙酯的量为SiO2微米球前驱物混合液的0.2％-0.4％。
8.根据权利要求1所述SiO2微米球的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中煅烧条件为空气中500-800℃并保温2-6小时。
9.一种SiO2微米球前驱物的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、将去离子水和丙醇胺均匀混合得到澄清溶液；
S2、将硅酸四乙酯和乙醇混合均匀后滴入到上述澄清溶液中，在一定温度下搅拌反应一段时间后得到纳米晶种分散液；
S3、向所述晶种分散液中加入醋酸和硅酸钠，混合均匀后于一定温度条件下继续搅拌反应一段时间，然后冷却至室温后经接枝处理得到微米球前驱物混合液。
10.根据权利要求9所述SiO2微米球前驱物的制备方法，其特征在于，所述去离子水、丙醇胺、硅酸四乙酯和乙醇的初始摩尔比为(120-130):(0.15-0.21):1:(55-65)。
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