[发明专利]一种树脂球及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种树脂球的制备方法，先配制包含树脂单体、表面活性剂、氨、水、醇的溶液，再将正硅酸酯加入溶液中，正硅酸酯水解，制备得到二氧化硅悬浮液；将甲醛溶液加入二氧化硅悬浮液中，聚合反应，制备得到二氧化硅表面包覆树脂的树脂球。本发明提供的树脂球可以进一步制备空心碳球，以应用于超级电容器、锂硫电池等。

技术领域

本发明属于树脂球技术领域，具体涉及一种树脂球及其制备方法和应用。

背景技术

树脂球是十分重要材料，用途广泛，可用作催化剂载体、药物载体、吸附分离材料、碳材料基体等，还可以进一步合成空心树脂球和空心碳球。现有技术中，在利用硬模板法合成树脂球时，二氧化硅模板的制备与有机物包覆成球过程是分步进行的。为了纯化模板，还需要经历额外的洗涤、分离过程。在包覆过程前，还需要对模板进行超声处理，使其均匀分散。在包覆过程中，表面活性剂以及反应物需要分多步骤进行加入，步骤繁琐，需要极为精细地调控。此外，现有技术合成的树脂球的壁厚比较大，而且不均匀。

发明内容

本发明针对上述不足，提出一种树脂球的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)先配制包含树脂单体、表面活性剂、氨、水、醇的溶液A，再将正硅酸酯加入溶液A中，得到溶液B，溶液B中正硅酸酯水解，制备得到二氧化硅悬浮液；

(2)将甲醛溶液加入步骤(1)的二氧化硅悬浮液中，聚合反应，制备得到二氧化硅-树脂复合球。

根据本发明的制备方法，步骤(1)溶液A中，所述树脂单体选自邻苯二酚、邻苯二胺、间苯二胺、间苯二酚、间氨基苯酚和邻氨基苯酚中的至少一种；所述溶液A中树脂单体的摩尔浓度为0.005mol/L～0.2mol/L，优选溶液A中树脂单体的摩尔浓度为0.025mol/L～0.1mol/L。

根据本发明的制备方法，步骤(1)溶液A中，所述表面活性剂选自聚氧乙烯聚氧丙烯醚嵌段共聚物(如F127、F123)、三乙烯四胺、十六胺、十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的至少一种，优选为十六烷基三甲基溴化铵和十六烷基三甲基氯化铵中的至少一种；所述表面活性剂的质量分数为0.01％～10％，优选为0.02％～5％。

根据本发明的制备方法，步骤(1)溶液A中，所述醇为乙醇、丙醇、丁醇中的至少一种；所述醇和水的体积比为1:7～4:1，例如1:3，1:1，2:1。

根据本发明的制备方法，步骤(1)所述溶液A中氨的质量分数为0.01％～0.5％，优选0.05％～0.3％。所述氨可以以氨水或氨气的形式加入溶液A中。

根据本发明的制备方法，步骤(1)溶液B中，所述正硅酸酯选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯和正硅酸丙酯中的至少一种；所述正硅酸酯在溶液B中的质量分数为1％～20％，优选5％～20％；例如3％，7％，10％，15％。所述溶液B的温度保持在15℃～60℃，正硅酸酯水解的时间为1h～24h，此过程中正硅酸酯水解生成二氧化硅球，优选所述水解过程优选伴随搅拌。

根据本发明的制备方法，步骤(2)中，所述甲醛与树脂单体的摩尔比为1:1～3:1；所述甲醛缓慢加入二氧化硅悬浮液中，优选甲醛加入二氧化硅悬浮液的速率为0.1ml/min～10ml/min，例如0.5ml/min，1ml/min，3ml/min，5ml/min。所述步骤(2)中将甲醛加入到二氧化硅悬浮液中后，先第一阶段聚合反应，所述第一阶段聚合反应的温度为35℃～80℃，时间为8h～24h；为了使树脂单体充分反应，所述第一阶段聚合反应以后再进行第二阶段聚合反应，第二阶段聚合温度为80℃～140℃，聚合反应时间为2h～30h，例如5h，10h，15h，20h，25h。为了防止聚合过程中溶剂挥发，优选地第一阶段和/或第二阶段聚合反应在密闭的容器中进行，例如采用水热反应。