[发明专利]二氧化硅微球及其制备方法

说明书

本发明公开一种二氧化硅微球的制备方法，包括如下步骤：将有机硅烷和水混合，并在55℃～80℃的温度条件下进行水解反应，充分反应之后得到硅醇水溶液；向硅醇水溶液中加入碱溶液，充分反应之后得到含有聚倍半硅氧烷微球的分散液；以及收集含有聚倍半硅氧烷微球的分散液中的聚倍半硅氧烷微球，对聚倍半硅氧烷微球在600℃～800℃的温度条件下进行热处理，以除去有机基团，得到二氧化硅微球。本发明技术方案的二氧化硅微球的制备方法简单易行、环境友好、粒径高度单分散性并可规模化生产。本发明还公开了一种采用上述任一的二氧化硅微球的制备方法制备得到的二氧化硅微球。

技术领域

本发明涉及微球技术领域，特别是涉及一种二氧化硅微球及其制备方法。

背景技术

当前，二氧化硅微球因其本身的优良的物理和化学性质在光子晶体、光散射剂、催化剂载体、生物样品的分离纯化等方面有着非常广泛的用途。自1968年及其合作伙伴发表在醇氨溶液中通过四乙氧基硅烷水解缩合制备单分散的二氧化硅微球的工作后，吸引了大量研究者从事溶胶-凝胶法制备单分散二氧化硅微球的研究，极大推动了二氧化硅微球材料的发展和应用。但这种“法”在合成粒径在几百纳米的二氧化硅微球时表现优异，却很难合成粒径在微米级的单分散二氧化硅微球。

而微米级单分散二氧化硅微球在许多高科技领域发挥着重要作用。例如，在色谱分离领域，超高效液相色谱柱填料一般使用亚2μm表面多孔单分散二氧化硅微球，以这种单分散的二氧化硅微球作为色谱柱填料大大提高了液相色谱的分离度、分析速度和检测灵敏度；在液晶显示面板领域，我国的出货量稳居世界第一，微米级单分散的二氧化硅微球常常作为面板中的关键材料——间隔物微球；在计量领域，微米级单分散二氧化硅作为标准颗粒比相应有机聚合物标准颗粒具有更好的抗菌性和更低的溶胀率。

传统的化学合成微米级二氧化硅微球的方法主要有种子生长法、溶胶-凝胶法、乳状液法等。其中，专利CN01913612A公布了通过种子法制备微米二氧化硅微球的方法，其具体做法为：将单分散SiO₂种子、NH₃H₂O和低碳醇混合配成种子液，然后加入NH₃/H₂O/低碳醇溶液和正硅酸乙酯(TEOS)/低碳醇溶液进行反应，使TEOS水解生成的SiO₂在SiO₂种子外表面上生长，且在反应的同时进行机械搅拌和超声处理；待SiO₂微球生长成所需粒径的微球后，停止加料，并继续反应直到TEOS完全水解；反应结束后，将反应液离心水洗得到微米SiO₂微球。但该方法耗时较长，条件难以控制，并且需要使用大量有机溶剂，无法大量制备。专利CN107298446B公开了一种高纯微米级球形二氧化硅微粉的制备方法，首先制备一种含硅前驱体溶胶，再将所述含硅前驱体溶胶加入到含有乳化剂的油相中并搅拌得到混合溶液，最后将碱性催化剂加入至所述混合溶液中，静置陈化后得到二氧化硅微球。该发明的制备方法操作简单，制备过程中的产物易处理，但所得到的二氧化硅微球粒径分布非常宽，在0.3μm～40μm范围，限制了其在很多领域的应用。专利CN104030302B公开的油包水乳化法(W/O)，用大量易燃易爆的有机溶剂作为反应介质，对人体和环境都有一定的危害，混合向硅酸钠溶液中，滴加酸进行沉淀反应，经过滤、烘干、粉碎、煅烧即得SiO₂粉末，沉淀生成速度较快，但反应不易控制，且金属含量容易超标。

综上所述，传统的微米级二氧化硅微球的制备方法中存在着耗时长、反应条件难以控制、得到的微球粒径不均一、大量使用有机溶剂、无法规模化制备等不同的问题，不利于广泛应用。

发明内容

针对传统制备方法的不足，本发明的目的在于提供一种简单易行、环境友好、粒径高度单分散性并可规模化生产的微米级二氧化硅微球的制备方法。为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种二氧化硅微球的制备方法，包括如下步骤：

将有机硅烷和水混合，并在55℃～80℃的温度条件下进行水解反应，充分反应之后得到硅醇水溶液；