均匀微米级二氧化硅微球的制备方法

1.本发明涉及纳米粉体材料的制备领域，具体涉及一种均匀微米级二氧化硅微球的制备方法。


背景技术：

2.不同粒径二氧化硅微球有着不同的应用：150-500nm二氧化硅微球可以使用自组装的方式制备结构色材料；400-700nm亚微米二氧化硅在医学领域可用作色谱材料；500-1000nm二氧化硅微粒的表面嫁接新的基团，可以让其具备亲水、疏水、温敏、ph感应等特性；1000-1500nm二氧化硅微球可以通过改性使聚合物具有更好的力学特性；2000-5000nm的二氧化硅微球进行自组装可以制备出光子晶体红外隐身材料。
3.目前使用的二氧化硅微球主要是采用化学合成的方法制备，合成方法主要有反相微乳法、沉淀法、溶胶凝胶法、种子生长法等。这些方法合成的二氧化硅微球或粒径范围有一定限制，制备工艺较为复杂，实验可重复性较差，制备大尺寸微米级的均匀二氧化硅微球一直是一个难题。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的问题，本发明提供一种工艺简单、实验可重复性较好的均匀微米级二氧化硅微球的制备方法。
5.为此，本发明采用以下技术方案：
6.一种均匀微米级二氧化硅微球的制备方法，包括以下步骤：
7.s1，采用法制备二氧化硅微球分散液；
8.s2，将所述二氧化硅微球分散液进行离心、洗涤、冷冻干燥，得到亚微米级二氧化硅种子微球；
9.s3，在圆底烧瓶中加入一定量的乙醇，取一定量的所述二氧化硅种子微球分散在其中，得到分散液a，超声震荡1h、再加入一定量的氨水、水配置成分散液b，其中：
10.所述分散液b中乙醇、氨水、水的体积分数分别为78％-90％、7-16％、3-6％，二氧化硅质量溶剂总质量的0.6％-1.2％；
11.s4，将所述分散液b放置在30℃-55℃磁力搅拌器中，10min后以一定速率加入占溶剂总体积5％-11％的正硅酸乙酯，每隔5-30min从圆底烧瓶中取出少量的反应液测试粒径，直至产生目标粒径，终止反应，得到二氧化硅分散液c；
12.s5，对所述二氧化硅分散液c进行离心、洗涤、冷冻干燥，得到白色微米级二氧化硅微球，所述微球大小均匀、粒径为1-4um。
13.优选的是，步骤s2所述的亚微米级二氧化硅种子微球的粒径范围为500nm-1000nm。
14.步骤s1中采用法制备二氧化硅微球分散液的具体步骤为：将质量分数分别为78％-90％、16％-7％、6％-3％的乙醇、氨水、水按次序加入圆底烧瓶中，放置在温度30
℃-55℃的磁力搅拌器中，搅拌至温度稳定，加入正硅酸乙酯，继续反应2h，其中，乙醇、氨水、水的总质量分数为100％，所述正硅酸乙酯用量占溶剂总体积的11％-5％。
15.步骤s3中，分散液b中乙醇、氨水、水的体积分别为40ml、8ml、3ml，二氧化硅的质量为0.618g。
16.优选的是，步骤s4中，正硅酸乙酯的滴加速度为12ml/h。
17.优选的是，步骤s4中，每个时间间隔从圆底烧瓶中取出的液体为20μl，将其分散在1.5ml乙醇溶液中再测试粒径。
18.步骤s2和s5中，离心、洗涤、冷冻干燥的步骤为：离心-水洗-离心-乙醇洗-离心-乙醇洗-离心-冷冻干燥。
19.优选的是，步骤s5中离心的转速为2500rpm。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.1.本发明首先制备了粒径均匀的亚微米二氧化硅微球作为种子，再将种子分散在溶液中重新生长，所制备的粒径范围在1000-4000nm的大尺寸二氧化硅微球具有粒径均匀的特点；
22.2.本发明中，将已经制备好的二氧化硅微球作为种子，并采用匀速加入正硅酸乙酯的方法，在滴加过程中对粒径进行监控，因此能够制备出目标粒径的二氧化硅微球，实现粒径的可控性；
23.3.本发明中正硅酸乙酯的加入方式为匀速滴加，避免了二次成核，因此能够保证形成粒径均匀的大粒径二氧化硅微球；
24.4.本发明的制备步骤简单易操作，种子生长时间仅为3小时，与传统种子生长法动辄10小时以上的反应时间相比大大减少；
25.5.本发明的方法中，工艺温度与室温接近，更加节能。
附图说明
26.图1为本发明的微米级二氧化硅微球制备方法的流程图；
27.图2为本发明实施例1制备得到的二氧化硅种子微球的sem图；
28.图3为本发明实施例1制备得到的均匀微米级二氧化硅微球的sem图；
29.图4为本发明实施例2制备得到的均匀微米级二氧化硅微球的sem图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
31.实施例1
32.参见图1，一种微米级二氧化硅微球的制备方法，包括如下步骤：
33.s1，将40ml乙醇、8ml氨水、3ml水按照次序加入圆底烧瓶中，将圆底烧瓶放在温度为30℃的磁力搅拌器中，搅拌10min，待温度稳定后，加入正硅酸乙酯，再充分反应2h,得到二氧化硅微球分散液；
34.s2，将所述二氧化硅微球分散液经过离心-水洗-离心-乙醇洗-离心-冷冻干燥，得到二氧化硅种子微球。取0.002g二氧化硅种子微球，将其分散在1.5ml乙醇溶液中，测得其粒径为600nm，pdi＝0.03；二氧化硅种子微球的sem图见图2，可见种子微球粒径比较均匀。
35.s3，在圆底烧瓶中加入40ml乙醇，再将0.618g二氧化硅种子微球分散在其中，得到分散液a，超声震荡1h，随后加入8ml氨水、3ml水配置成分散液b；
36.s4，将分散液b放置在30℃、转数为600rpm的磁力搅拌器中，待10min后以12ml/h的速率加入正硅酸乙酯，每隔5min从圆底烧瓶中取出一定量的反应液测试粒径，直至粒径为1450nm,停止滴加正硅酸乙酯，继续反应3h，得到微米级的二氧化硅分散液c；
37.s5,对所述二氧化硅分散液c进行离心、洗涤、冷冻干燥，得到微米级二氧化硅粉末。
38.所得二氧化硅粉末微球使用激光粒度仪测试其尺寸为1450nm；聚合物分散性指数(pdi)＝0.06,说明其分子量分布比较均匀。其sem图如图3所示，证明所得微球为大粒径(微米级)均匀二氧化硅微球。
39.实施例2
40.一种微米级二氧化硅微球的制备方法，包括如下步骤：
41.s1，同实施例1的s1；
42.s2，将所述二氧化硅微球分散液经过离心-水洗-离心-乙醇洗-离心-冷冻干燥得到二氧化硅种子微球。取0.002g二氧化硅种子微球，将其分散在1.5ml乙醇溶液中，测得其粒径为700nm；
43.s3，同实施例1的s3；
44.s4，将分散液b放置在30℃、转数为600rpm的磁力搅拌器中，待10min后以12ml/h的速率加入正硅酸乙酯，每隔5min从圆底烧瓶中取出一定量的反应液测试粒径，直至粒径为1600nm,停止滴加正硅酸乙酯，继续反应3h，得到微米级的二氧化硅分散液c；
45.s5，对所述二氧化硅分散液c进行离心、洗涤、冷冻干燥，得到微米级二氧化硅微球。
46.使用激光粒度仪测得所得二氧化硅粉末微球的尺寸为1600nm，pdi＝0.07；其sem图如图4所示，可以看出，所得微球为均匀的微米级二氧化硅微球。
47.实施例3
48.一种微米级二氧化硅微球的制备方法，包括如下步骤：
49.s1-s3同实施例2的s1-s3。
50.s4.将分散液b，放置在30℃、转数为600rmp的磁力搅拌器中，待10min后以12ml/h的速率加入正硅酸乙酯，每隔5min从圆底烧瓶中取出一定量的反应液测试粒径，直至粒径为4000nm，停止滴加正硅酸乙酯，继续反应3h，得到微米级的二氧化硅分散液c；
51.s5.对所述二氧化硅分散液c进行离心、洗涤、冷冻干燥，得到微米级二氧化硅粉末。
52.由激光粒度仪测得所得二氧化硅微球尺寸为4000nm，pdi＝0.09。