本发明属于纺织材料领域，尤其涉及一种二氧化硅胶体微球的制备方法。
背景技术：
目前，纺织品着色以色素色为主，而结构色的生成无需添加染料或颜料，是一种新颖的生态仿生着色途径，越来越受到染整从业者的关注。若将光子晶体结构色应用于纺织品上，不仅可以赋予织物鲜艳的色泽，并且可以形成栩栩如生的生色效果，这也是对传统纺织品着色体系的有力补充。目前，研究人员已提出了多种自组装构造胶体晶体的方法，主要有以下几类:（1）特定力场下的沉降法；（2）垂直沉积法。
重力沉降法：将特定质量分数的单分散胶体微球均匀地分散在溶剂中，胶体微球在重力作用下随着溶剂的蒸发在基板上缓慢沉降堆积形成周期性的规整排列结构。优点是制备工艺和设备简单，对实验装置无特殊要求，组装周期短。其缺点是厚度不易控制，样品缺陷较多，不易形成单一均匀晶体结构，很难制备出大面积的有序结构等。
垂直沉积法：将基板垂直放置于单分散胶体微球的组装液中，当溶剂蒸发时，液体慢慢从基片降落，胶体微球依靠毛细管力和静电斥力等作用在基板两侧进行堆积形成周期性排列的规整结构。优点是制备工艺简单，容易调节光子晶体厚度等。缺点是受基片的影响大，并且对温度、湿度和防震等外部环境条件要求较高。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种二氧化硅胶体微球的制备方法。
本发明所述二氧化硅胶体微球的制备方法，包括如下步骤：
（1）在三口圆底烧瓶中加入无水乙醇和去离子水，高速搅拌5-10min将两种溶剂混合均匀；（2）加入氨水后快速搅拌5-10min后，再加入体积比为1:4的正硅酸乙酯和乙醇混合液，快速搅拌2min后；（3）在温度25℃，转速300r/min条件下反应20h直致反应结束；（4）经离心机高速离心分离，15min后，取出样品倾倒上清液后，用水或乙醇将微球重新稀释分散，再离心处理，分散；（5）连续操作3次以上，除去未完全反应的物质，将得到二氧化硅胶体微球固体烘干。
本发明所述的二氧化硅胶体微球的制备方法，所述搅拌过程所用搅拌机为集热式恒温磁力搅拌器。
本发明所述的二氧化硅胶体微球的制备方法，步骤（4）所述离心机的转速为6000r/min。
本发明所述的二氧化硅胶体微球的制备方法，步骤（5）所述烘干温度为80℃。
本发明所述的二氧化硅胶体微球的制备方法，所述去离子水的电导率为16.8mω•cm-1。
本发明所述的二氧化硅胶体微球的制备方法，步骤（5）所述二氧化硅胶体微球的粒径为150-300nm。
本发明所述的二氧化硅胶体微球的制备方法，通过严格控制反应中正硅酸乙酯、氨水和水的浓度，合成粒径范围在180-380nm的二氧化硅胶体微球，单分散指数pdi小于0.08。随着正硅酸乙酯、氨水和水的浓度在一定范围内增加，合成的二氧化硅胶体微球粒径随之增加；合成的二氧化硅微球表面光滑，球形度良好，尺寸均一，红外光谱分析可知合成的微球具有二氧化硅的典型特征峰，其二氧化硅微球表面含有少量的羟基基团。
具体实施方式
本发明所述二氧化硅胶体微球的制备方法，包括如下步骤：（1）在三口圆底烧瓶中加入无水乙醇和去离子水，高速搅拌5-10min将两种溶剂混合均匀；（2）加入氨水后快速搅拌5-10min后，再加入体积比为1:4的正硅酸乙酯和乙醇混合液，快速搅拌2min后；（3）在温度25℃，转速300r/min条件下反应20h直致反应结束；（4）经离心机高速离心分离，15min后，取出样品倾倒上清液后，用水或乙醇将微球重新稀释分散，再离心处理，分散；（5）连续操作3次以上，除去未完全反应的物质，将得到二氧化硅胶体微球固体烘干。
本发明所述的二氧化硅胶体微球的制备方法，所述搅拌过程所用搅拌机为集热式恒温磁力搅拌器。步骤（4）所述离心机的转速为6000r/min。步骤（5）所述烘干温度为80℃。所述去离子水的电导率为16.8mω•cm-1。步骤（5）所述二氧化硅胶体微球的粒径为150-300nm。氨水在反应中起催化作用，可以加速正硅酸乙酯的水解速率，当其它反应条件不变时，通过改变催化剂氨水的浓度（0.278-0.65mol/l），研究催化剂氨水浓度对二氧化硅胶体微球粒径及其单分散性的影响。随着氨水浓度从0.278mol/l增加到0.65mol/l，合成的二氧化硅胶体微球粒径由206nm增加到365nm。反应体系中氨水浓度的增加，大大加速了正硅酸乙酯的水解速率，体系中生成的中间体si(oh)4数目随之增加。同时，氨水浓度的增大显著促进了si(oh)4产物的聚合生长速率，最终导致二氧化硅胶体微球平均质量增大，二氧化硅胶体微球的粒径相应变大。采用pdi值表征二氧化硅胶体微球的单分散性，pdi值越小，代表合成的二氧化硅胶体微球尺寸越均一，胶体微球间差别越小，pdi值越大，胶体微球尺寸越不均一，胶体微球间差别越大。水浓度在0.278mol/l-0.44mol/l范围时合成的二氧化硅胶体微球单分散指数都在0.08左右，即合成的二氧化硅胶体微球是单分散的，适合进行后续自组装结构生色研究。合成的二氧化硅胶体微球粒径分布较窄，微球粒径跨度不大，说明微球尺寸分布比较均一，进一步证明合成的二氧化硅胶体微球具有较好的单分散性。但是，当合成的二氧化硅胶体微球粒径过大时，胶体微球容易在组装过程中发生快速沉降与堆积，并且pdi值也会增加，不利于后续胶体微球的有序自组装。
当水浓度从4.06mol/l增加到7.56mol/l时，合成的二氧化硅胶体微球粒径从199nm逐渐增加到331nm。这说明随着反应体系中水浓度的增大，正硅酸乙酯水解速率增大，反应中生成的中间产物si(oh)4数量增加，同时体系中的聚合速率也增加，生成的二氧化硅胶体微球粒径也随之增大，在二氧化硅胶体微球粒径增加的同时，其表面oh-数量也随着增加，因而增加了二氧化硅胶体微球表面的负电性，微球间碰撞团聚几率下降，大大增强了乳液体系的稳定性。但是，正硅酸乙酯水解产生的大量离子也会大大降低微球表面的负电性，乳液体系的稳定性以及微球的分散性会受很大影响。
随着正硅酸乙酯浓度从0.048mol/l增加到0.352mol/l，二氧化硅胶体微球的粒径从200nm增加到380nm。这是因为随着体系中硅源浓度的增加，水解所得到的中间产物硅酸si(oh)4浓度增大，其缩聚速率也相应增大，所制备的二氧化硅胶体微球的粒径也随之增大。理论上，在反应中随着二氧化硅胶体微球粒径的增加，二氧化硅表面的-oh含量也会随之增加，进而增加了体系的稳定性，减少了胶体微球的沉降，但在实际反应中，正硅酸乙酯的水解会产生大量离子，这些离子含量随正硅酸乙酯浓度的增加而增加，大大减少了二氧化硅胶体微球表面的负电性，降低了体系稳定性，进而增加了二氧化硅胶体微球发生聚集的可能性。此外，在低浓度正硅酸乙酯条件下，可以增加合成胶体微球间的平均距离，避免粒子间的重聚，有利于体系的稳定。
反应开始10min后，反应体系中合成的二氧化硅胶体微球粒径迅速增加，二氧化硅胶体微球粒径在短时间内由85nm迅速增加至200nm左右，但微球的单分散性很差，反应3h后，二氧化硅胶体微球粒径增势趋缓，微球粒径逐渐稳定，单分散指数在0.08左右。在反应初期，体系中氨水浓度较高，正硅酸乙酯水解速率大，形成的si(oh)4产物数增加，si(oh)4产物缩合速率增加，从而在反应初期形成大量二氧化硅胶体微球。但是，反应初期形成的二氧化硅胶体微球粒径小而比表面积大，微球的稳定性很差，很容易吸附周围新形成的si(oh)4产物形成比表面积较小的大粒径微球，从而微球粒径不断增加。因此，反应初期的二氧化硅胶体微球尺寸大小不均匀。