球形二氧化硅的制备方法

本发明专利涉及材料科学技术领域，尤其是指一种球形二氧化硅的制备方法。

背景技术：

球形二氧化硅微粉具有流动性好、填充量大；热膨胀系数小，与芯片、框架热匹配好等优良特性，广泛应用于电子封装材料、化学机械抛光磨料、液晶显示器、涂料等领域。随着数字无线通讯、便携式计算机、移动通讯等电子产品的快速发展，球形二氧化硅的需求必将快速增加。

球形二氧化硅的生产方法主要有：高频等离子法、火焰喷射法、水解法和乳化法。然而现有技术中的制备方法普遍存在对装置的要求高、原料成本高、污染大或不适合规模化生产等缺点。

因此，提供一种反应条件温和、适合规模化生产的球形二氧化硅的制备方法显得很有必要。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明提供一种球形二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：

步骤1)：向容器中加入硼砂、硼酸、乙醇、水和阳离子表面活性剂，搅拌，得到第一混合液；

步骤2)：向步骤1)得到的第一混合液中加入水玻璃，搅拌，得到第二混合液；

步骤3)：调节步骤2)中得到的第二混合液的ph，搅拌；

步骤4)：过滤、洗涤、烘干，即得到所述球形二氧化硅，所述球形二氧化硅为中空球形二氧化硅，所述球形二氧化硅的d50粒度为0.5～10微米，优选为5～10微米。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤1)中，控制第一混合液的ph值为7～8。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤1)中，所述搅拌为在25～40摄氏度下搅拌10～120分钟。优选地，所述搅拌为在25～40摄氏度下搅拌20～30分钟。优选地，所述阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子型表面活性剂；优选地，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤2)中，加入水玻璃的质量为所述步骤1)中混合液体积的10％～60％。优选地，加入水玻璃的质量为所述步骤1)中混合液体积的40％～60％。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤2)中，水玻璃中二氧化硅的质量浓度(w/w)为10％～25％。优选地，水玻璃中二氧化硅的质量浓度(w/w)为15％～20％.

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤2)中，所述搅拌为在55～65摄氏度下搅拌5～60分钟。优选地，所述搅拌为在25～40摄氏度下搅拌20～30分钟。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤3)中，调节步骤2)中得到的第二混合液的ph为2～6。

优选地，使用盐酸或硫酸调节ph，所述盐酸或硫酸的质量浓度为5～20％。优选地，调节步骤2)中得到的第二混合液的ph为3～5，使用盐酸或硫酸调节ph，所述盐酸或硫酸的质量浓度为10～20％。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤3)中，所述搅拌为在15～60摄氏度下搅拌30～120分钟。优选地，所述搅拌为在25～40摄氏度下搅拌50～90分钟。

在本发明的一个或多个实施例中，所述步骤4)中，使用水洗涤，所述洗涤用水温度控制为50～100摄氏度，烘干温度控制为120～1200摄氏度。优选地，所述洗涤用水温度控制为85～100摄氏度，烘干温度控制为120～1000摄氏度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

1、本发明提供一种中空球形二氧化硅，所述球形二氧化硅的d50粒度为0.5～10微米，优选为5～10微米。其为集成电路封装基板所需中空球形二氧化硅的最佳粒度范围。

2、本发明提供上述中空球形二氧化硅的制备方法，其工艺简单，对装置要求不高，反应条件温和，耗时较短，成本低，环境友好，绿色环保，可用于工业大规模生产。

附图说明

图1为实施例3制备得到的球形中空二氧化硅扫描电镜图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。使用的方法如无特别说明，均为本领域公知的常规方法，使用的耗材和试剂如无特别说明，均为市场购得。除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。

实施例1

首先配制ph为8.0的硼砂、硼酸、乙醇、水和十六烷基三甲基溴化铵混合液100ml，将其倒入250ml三口烧瓶内，在30℃下搅拌30min混合均匀。然后加入40g二氧化硅质量浓度(w/w)为20％的水玻璃，在30℃下搅拌20min。然后加入20g质量浓度(w/w)为20％的盐酸溶液，使体系ph为5，在30℃下搅拌60min，停止加热与搅拌。室温下陈化2h后对产物进行抽滤，用温度为90℃的去离子水多次洗涤产物，后将产物放置在120℃的烘箱内进行干燥，得到d50粒度为10μm的中空球形二氧化硅。

实施例2

首先配制ph为7.5的硼砂、硼酸、乙醇、水和十六烷基三甲基溴化铵混合液200ml，将其倒入500ml三口烧瓶内，在25℃下搅拌20min混合均匀。然后加入100g二氧化硅质量浓度(w/w)为18％的水玻璃，在25℃下搅拌20min。然后加入65g质量浓度(w/w)为15％的盐酸溶液，使体系ph为3，在25℃下搅拌50min，停止加热与搅拌。室温下陈化2h后对产物进行抽滤，用温度为100℃的去离子水多次洗涤产物，后将产物放置在200℃的条件下进行干燥，得到d50粒度为8μm的中空球形二氧化硅。

实施例3

首先配制ph为7.2的硼砂、硼酸、乙醇、水和十六烷基三甲基溴化铵混合液500ml，将其倒入1000ml三口烧瓶内，在40℃下搅拌30min混合均匀。然后加入220g二氧化硅质量浓度(w/w)为15％的水玻璃，在40℃下搅拌30min。然后加入220g质量浓度(w/w)为10％的硫酸溶液，使体系ph为4，在40℃下搅拌90min，停止加热与搅拌。室温下陈化2h后对产物进行抽滤，用温度为85℃的去离子水多次洗涤产物，后将产物放置在1000℃的条件下进行干燥，得到d50粒度为5μm的中空球形二氧化硅。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：

1.一种球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)：向容器中加入硼砂、硼酸、乙醇、水和阳离子表面活性剂，搅拌，得到第一混合液；

步骤2)：向步骤1)得到的第一混合液中加入水玻璃，搅拌，得到第二混合液；

步骤3)：调节步骤2)中得到的第二混合液的ph，搅拌；

步骤4)：过滤、洗涤、烘干，即得到所述球形二氧化硅，所述球形二氧化硅为中空球形二氧化硅，所述球形二氧化硅的d50粒度为0.5～10微米。

2.根据权利要求1所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，控制第一混合液的ph值为7～8。

3.根据权利要求1所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述搅拌为在25～40摄氏度下搅拌10～120分钟；优选地，所述阳离子表面活性剂为季铵盐类阳离子型表面活性剂；优选地，所述阳离子表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵。

4.根据权利要求1所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，加入水玻璃的质量为所述步骤1)中混合液体积的10％～60％。

5.根据权利要求1所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，水玻璃中二氧化硅的质量浓度为10％～25％。

6.根据权利要求1所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述搅拌为在55～65摄氏度下搅拌5～60分钟。

7.根据权利要求1所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，调节步骤2)中得到的第二混合液的ph为2～6。

8.根据权利要求7所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，使用盐酸或硫酸调节ph，所述盐酸或硫酸的质量浓度为5～20％。

9.根据权利要求1所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述搅拌为在15～60摄氏度下搅拌30～120分钟。

10.根据权利要求1所述的球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，使用水洗涤，所述洗涤用水温度控制为50～100摄氏度，烘干温度控制为120～1200摄氏度。

技术总结
本发明提供一种球形二氧化硅的制备方法，包括如下步骤：步骤1)：向容器中加入硼砂、硼酸、乙醇、水和阳离子表面活性剂，搅拌，得到第一混合液；步骤2)：向步骤1)得到的第一混合液中加入水玻璃，搅拌，得到第二混合液；步骤3)：调节步骤2)中得到的第二混合液的pH，搅拌；步骤4)：过滤、洗涤、烘干，即得到所述球形二氧化硅，所述球形二氧化硅为中空球形二氧化硅，所述球形二氧化硅的D50粒度为0.5～10微米。其工艺简单，对装置要求不高，反应条件温和，耗时较短，成本低，环境友好，可用于工业大规模生产。

技术研发人员：袁良杰;黄荷;王师宇;张艺璇
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：2021.04.30
技术公布日：2021.07.13