[发明专利]二氧化硅中空微粒子、其制备方法及所得产品

说明书

本发明提供了一种二氧化硅中空微粒子、其制备方法及所得产品，属于材料化学技术领域。本发明提供的二氧化硅中空微粒子具有10‑200nm的平均颗粒尺寸，且粒子表面的羟基数范围为1.03‑1.62nmsupgt;‑2/supgt;，平均壁厚为2‑13nm，平均空腔率为40％‑62％。本发明所得二氧化硅中空微粒子具有表面粗糙度低的特点，制备过程中无需高温煅烧或溶剂刻蚀，并可根据需要对其进行相应的功能化改性，在后续例如制备防反射膜中能够大幅降低涂层的折射率，提升膜的性能。

技术领域

本发明属于材料化学技术领域，尤其涉及一种二氧化硅中空微粒子、其制备方法及所得产品。

背景技术

功能性薄膜大多包含用于显现其功能的金属氧化物微粒。例如，为了防止在玻璃、塑料片等透明基材的表面上的反射，在基材表面设置防反射膜。在形成防反射膜时，使用二氧化硅中空微粒等低折射率微粒作为金属氧化物微粒。二氧化硅中空微粒防反射性能的体现与其中空结构空腔率密切相关，还与其微粒表面的粗糙度、微粒壁厚有关，低壁厚、高空腔率的粒子有利于降低微粒的折射率，有利于其防反射性能的提升。

目前制备中空粒子主要通过硬模板法，即先合成后期可以被高温煅烧掉或者溶剂刻蚀掉的核，然后在核的表面沉积一层无机氧化物，最后除去模板。例如先合成聚苯乙烯(PS)微球，然后让TEOS在碱性环境下水解缩合沉积在PS表面，形成二氧化硅壳层，最后通过高温煅烧或者用甲苯刻蚀除去PS模板，得到二氧化硅中空粒子。这种方法在除去聚合物的过程中，不可避免的会使中空粒子发生团聚，导致其氧化硅粒子在水溶液中的稳定性较差，此外，其得到的二氧化硅粒子具有较大的表面粗糙度及较低的空腔率，这对于粒子防反射性能的提升是极其不利的。因此，提供一种避免高温煅烧的低表面粗糙度、高空腔率、壁厚可调的二氧化硅微粒子具有重要意义。

发明内容

本发明提供了一种二氧化硅中空微粒子、其制备方法及所得产品，所得二氧化硅中空微粒子具有表面粗糙度低、空腔率高、壁厚可调、其水溶液稳定性高的特点，制备过程中无需高温煅烧或溶剂刻蚀，并可根据需要对其进行相应的功能化改性，在后续例如制备防反射膜中能够大幅降低涂层的折射率，提升膜的性能。

纳米二氧化硅表面存在邻生、共生和孤立羟基三种羟基形式，二氧化硅中共生羟基所占比例最高，反应活性最高，最易发生羟基脱水反应。本发明中氧化硅表面粗糙度的降低是由共生羟基的脱水缩合导致的。此外，氧化硅表面粗糙度的改变在一定程度上会带来氧化硅粒子壁厚的改变，以及粒子的空腔率变化。此外，由于氧化硅表面羟基数的减少会导致粒子的亲水性降低，进而导致其在水溶液中的稳定性较低，为解决这一问题，本发明在制备二级分散液过程中加入粒子稳定剂，其可与二氧化硅形成氢键作用或/和络合作用，可大大提高氧化硅粒子在水溶液中的稳定性，防止沉降的产生。

为了达到上述目的，本发明提供了一种二氧化硅中空微粒子，具有10-200nm的平均颗粒尺寸，且粒子表面的羟基数范围为1.03-1.62nm^-2，平均壁厚为2-13nm，平均空腔率为40％-62％。

本发明还提供了一种根据上述技术方案所述的二氧化硅中空微粒子制备方法，包括以下步骤：

将硅烷X、促溶化合物、有机溶剂和水在分散设备辅助下充分混合，加热反应完全后，除去溶剂，得到二氧化硅前驱体；

将所得二氧化硅前驱体在分散设备辅助下加入水中，25℃-35℃反应18-24h，得到二氧化硅中空粒子初级分散液；

将所得初级分散液、粒子稳定剂在分散设备辅助下加入反应釜中，填充量为65-85％，于100℃-250℃下水热反应1-28h，进行羟基脱水缩合反应，得到二氧化硅中空粒子二级分散液；

将所得二级分散液进行分离、洗涤，调节固含为30％，得到二氧化硅中空粒子分散液，或者干燥后得到二氧化硅中空微粒子粉末。