特殊形貌硅溶胶的制备方法及特殊形貌硅溶胶与制品与流程

1.本发明涉及硅溶胶制备工艺技术领域，特别是涉及特殊形貌硅溶胶的制备方法及特殊形貌硅溶胶与制品。


背景技术：

2.硅溶胶是纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，基本成份是无定型的二氧化硅，其分子式为msio2·
nh2o，sio2，是以胶团的形式均匀分散在水或者是有机溶剂中，外观多呈乳白色或淡青透明的溶液状。
3.硅溶胶的传统制备方法主要包括：单质硅水解法、离子交换法、溶胶凝胶法，目前在工业上被广泛采用的是单质硅水解法和离子交换法。但传统硅溶胶的制备方法的硅溶胶一般为球状结构，形状较单一，影响硅溶胶的应用灵活性。


技术实现要素：

4.基于此，本发明提供一种特殊形貌硅溶胶的制备方法，对可制备特殊形貌硅溶胶，以适应不同技术领域的应用需求。
5.一种特殊形貌硅溶胶的制备方法，将rnsi(or)
4-n
溶液作为硅源；r为烷烃基或烯烃基或-chohch2，n为0～2；该制备方法包括以下步骤：
6.s100：将rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4一种或者两种以上按照比例混合，获得a溶液；
7.s200：向a溶液中加入水，滴加第一催化剂，加热反应，获得小分子硅溶胶溶液；
8.s300：s200所制备的小分子硅溶胶溶液作为种子液，加入结构导向剂，加入第二催化剂，加热反应，制备特殊形貌结构的硅溶胶。
9.上述特殊形貌硅溶胶的制备方法，然后将rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4混合，加入第一催化剂，制备种子液，在第二催化剂的作用下，结构导向剂作用下，进行二次结构导向，实现rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4水解反应，在分子締合作用下，进行分子自主装，这是实现硅溶胶的异向生长关键，获得特殊形貌的硅溶胶粗溶液，硅溶胶粗溶液为纯度高、浓度低的硅溶胶，然后浓缩获得浓度高、纯度高的硅溶胶，制得的硅溶胶颗粒粒径达5-200nm，其它离子小于1ppm，硅溶胶颗粒粒径范围宽，可根据情况应用于合适的领域。
10.在其中一个实施例中，结构导向剂包括聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、聚环氧乙烷-聚乳酸-羟基乙酸共聚物、氨基酸-环氧嵌段式共聚物和丙烯酰胺与环氧嵌段式共聚物中的至少一种。
11.在其中一个实施例中，第一催化剂为酸催化剂。
12.在其中一个实施例中，酸催化剂包括羟基酸、酮酸、氨基酸、磺酸中的至少一种。
13.在其中一个实施例中，第二催化剂包括第二催化剂包括有机碱、氨基酸、氨基酸衍生物中的至少两种。
14.在其中一个实施例中，s200步骤中，反应的温度为40℃～120℃。
15.在其中一个实施例中，s100步骤中，rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4的摩尔比为(0.1～2)：(0.1～5)：(5～20)。
16.在其中一个实施例中，s200步骤中，a溶液和第一催化剂的质量比为0.01～5：100～1000。
17.在其中一个实施例中，s300步骤中，结构导向剂与第二催化剂与种子液的比例：(0.1～5)：(0.01～5)：(100～1000)。
18.本发明还提供了采用上述任一项的特殊形貌硅溶胶的制备方法制备的特殊形貌硅溶胶及采用该特殊形貌硅溶胶制成的制品。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
20.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
21.本发明实施例提供了一种特殊形貌硅溶胶的制备方法，将rnsi(or)
4-n
溶液作为硅源；r为烷烃基或烯烃基或-chohch2，n为0～2；该制备方法包括以下步骤：
22.s100：将rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4一种或者两种以上按照比例混合，获得a溶液。
23.烷烃基例如可以为-ch3、-c2h5或-c3h7等。
24.可选地，rnsi(or)
4-n
溶液包括rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4中的至少一种。rnsi(or)
4-n
溶液可以为rsi(or)3溶液，或者(r)2si(or)2溶液，或者si(or)4溶液，或者rsi(or)3和(r)2si(or)2的混合溶液，或者rsi(or)3和si(or)4的混合溶液，或者(r)2si(or)2和si(or)4的混合溶液，或者rsi(or)3、(r)2si(or)2和si(or)4的混合溶液。
25.在一个实施例中，rnsi(or)
4-n
溶液包括rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4，rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4的摩尔比为(0.1～2)：(0.1～5)：(5～20)。
26.s200：向a溶液中加入水，滴加第一催化剂，加热反应，获得小分子硅溶胶溶液。
27.可选地，反应的温度为40℃～120℃。
28.可选地，a溶液和第一催化剂的质量比为(0.01～5)：(100～1000)。
29.当rnsi(or)
4-n
溶液含有rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4中的至少两种时，至少两种rnsi(or)
4-n
在第一催化剂的作用下反应生成对应的小分子硅溶胶溶液。
30.可选地，第一催化剂为酸催化剂。第一催化剂包括羟基酸、酮酸、氨基酸、磺酸等，不含卤代酸。
31.在一些较优的实施例中，第一催化剂包括醋酸、草酸、丙二酸、二羟基丁二酸、酒石酸、丁烯二酸、丙酮酸、柠檬酸、草酰乙酸、抗坏血酸、谷氨酸、天冬氨酸、甲磺酸、β-氨基磺酸的至少一种。
32.s300：s200所制备的小分子硅溶胶溶液作为种子液，加入结构导向剂，加入第二催化剂，加热反应，制备特殊形貌结构的硅溶胶。
33.可选地，结构导向剂包括聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、聚环氧乙烷-聚乳酸-羟基乙酸共聚物、氨基酸-环氧嵌段式共聚物和丙烯酰胺与环氧嵌段式共聚物中的至少一种。
34.可选地，第二催化剂包括第二催化剂包括有机碱、氨基酸、氨基酸衍生物中的至少两种有机碱。
35.有机碱例如可以为但不限于有机胺二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、尿素、2-氨基-2-甲基-1-丙醇，一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、氮甲基苄基胺，氨基吡啶，四甲基氢氧化铵、四甲基胍、3-乙氧基丙胺、双(2-氨基乙基)胺、氢氧化四乙基铵、氢氧化四丙基铵、哌嗪、哌啶、4-哌啶甲酰胺等含氮有机碱。
36.氨基酸及其衍生物例如可以为但不限于丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、络氨酸、半胱氨酸、甘氨酸、缬氨酸、谷氨酰胺、苏氨酸、精氨酸、组氨酸等，以及其衍生物。
37.可选地，结构导向剂与第二催化剂与种子液的比例为(0.1～5)：(0.01～5)：(100～1000)。
38.上述特殊形貌硅溶胶的制备方法，然后将rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4混合，加入第一催化剂，制备种子液，在第二催化剂的作用下，结构导向剂作用下，进行二次结构导向，实现rsi(or)3、(r)2si(or)2、si(or)4水解反应，在分子締合作用下，进行分子自主装，这是实现硅溶胶的异向生长关键，获得特殊形貌的硅溶胶粗溶液，硅溶胶粗溶液为纯度高、浓度低的硅溶胶，然后浓缩获得浓度高、纯度高的硅溶胶，制得的硅溶胶颗粒粒径达5-200nm，其它离子小于1ppm，硅溶胶颗粒粒径范围宽，可根据情况应用于合适的领域。
39.本发明实施例还提供了采用上述任一项的特殊形貌硅溶胶的制备方法制备的特殊形貌硅溶胶及采用该特殊形貌硅溶胶制成的制品。
40.以下为具体实施例说明。
41.实施案例1
42.本实施例特殊形貌硅溶胶的制备方法包括以下步骤：s100：将甲基三甲氧基硅烷、正硅酸甲酯，获得a溶液，甲基三甲氧基硅烷、正硅酸甲酯的摩尔比为2：3；
43.s200：向a溶液中加入水，混合均匀，滴加第一催化剂柠檬酸，柠檬酸与a溶液的质量比为5：700，加热反应，温度控制在40℃，获得小分子硅溶胶溶液；
44.s300：s200所制备的小分子硅溶胶溶液作为种子液，加入结构导向剂聚环氧乙烷-聚乳酸-羟基乙酸共聚物，加入第二催化剂甘氨酸、水，聚环氧乙烷-聚乳酸-羟基乙酸共聚物、第二催化剂与种子液的质量比例为0.3:4：800，加热反应，获得特殊形貌的硅溶胶粗溶液，硅溶胶粗溶液为纯度高、浓度低的硅溶胶，硅溶胶含量在21％；
45.s400：将硅溶胶粗溶液进行浓缩，获得浓度高、纯度高的硅溶胶，制得的硅溶胶颗粒粒径达50nm，其它离子小于1ppm。
46.实施例2
47.本实施例特殊形貌硅溶胶的制备方法包括以下步骤：
48.s100：将乙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯，获得a溶液，乙基三甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯的摩尔比为2：3：20；
49.s200：向a溶液中加入水，混合均匀，滴加第一催化剂草酰乙酸，草酰乙酸与a溶液
的质量比为5：900，加热反应，温度控制在55℃，获得小分子硅溶胶溶液；
50.s300：s200所制备的小分子硅溶胶溶液作为种子液，加入结构导向剂聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物，加入第二催化剂甘氨酸、水，聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物、甘氨酸与种子液的质量比为1：2：600，加热反应，获得特殊形貌的硅溶胶粗溶液，为硅溶胶粗溶液为纯度高、浓度低的硅溶胶，硅溶胶含量在23％；
51.s300：将硅溶胶粗溶液进行浓缩，获得浓度高、纯度高的硅溶胶。
52.实施例3
53.本实施例特殊形貌硅溶胶的制备方法包括以下步骤：
54.s100：将丙基三丙氧基硅烷、二丙基二丙氧基硅烷、正硅酸丙酯，获得a溶液，丙基三丙氧基硅烷、二丙基二丙氧基硅烷、正硅酸丙酯的摩尔比为0.5：2：10；
55.s200：向a溶液中，加入水，混合均匀，滴加第一催化剂醋酸，醋酸与a溶液的质量比为0.1：200，加热反应，温度控制在60℃，获得小分子硅溶胶溶液；
56.s300：s200所制备的小分子硅溶胶溶液作为种子液，加入结构导向剂氨基酸-环氧嵌段式共聚物，加入第二催化剂甘氨酸、水，加热反应，氨基酸-环氧嵌段式共聚物、甘氨酸与种子液的质量比为0.5：5：450，获得特殊形貌的硅溶胶粗溶液，为硅溶胶粗溶液为纯度高、浓度低的硅溶胶，硅溶胶含量在22％；
57.s300：将硅溶胶粗溶液进行浓缩，获得浓度高、纯度高的硅溶胶。
58.实施例4
59.本实施例特殊形貌硅溶胶的制备方法包括以下步骤：
60.s100：将甲基三甲氧基硅烷、二丙基二丙氧基硅烷、正硅酸甲酯，获得a溶液，甲基三甲氧基硅烷、二丙基二丙氧基硅烷、正硅酸甲酯的摩尔比为0.5：2：10；
61.s200：向a溶液中加入水，混合均匀，滴加第一催化剂柠檬酸，加热反应，温度控制在40℃，获得小分子硅溶胶溶液；
62.s300：s200所制备的小分子硅溶胶溶液作为种子液，加入结构导向剂聚环氧乙烷
‑‑
聚乳酸-羟基乙酸共聚物，加入第二催化剂甘氨酸、水，加热反应，获得特殊形貌的硅溶胶粗溶液，为硅溶胶粗溶液为纯度高、浓度低的硅溶胶，硅溶胶含量在21％；
63.s300：将硅溶胶粗溶液进行浓缩，获得浓度高、纯度高的硅溶胶。
64.实施例5
65.本实施例特殊形貌硅溶胶的制备方法包括以下步骤：
66.s100：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸甲酯，获得a溶液，甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、正硅酸甲酯的摩尔比为1.5：4：5；
67.s200：向a溶液中加入水，混合均匀，滴加第一催化剂草酸，草酸与a溶液的质量比为0.08：300，加热反应，温度控制在100℃，获得小分子硅溶胶溶液；
68.s300：s200所制备的小分子硅溶胶溶液作为种子液，加入结构导向剂氨基酸-环氧嵌段式共聚物，加入第二催化剂甘氨酸、水，加热反应，氨基酸-环氧嵌段式共聚物、甘氨酸与种子液的质量比为5：5：600，获得特殊形貌的硅溶胶粗溶液，为硅溶胶粗溶液为纯度高、浓度低的硅溶胶，硅溶胶含量在20％；
69.s300：将硅溶胶粗溶液进行浓缩，获得浓度高、纯度高的硅溶胶。
70.取实施例1至5高纯硅溶胶的制备方法制得的高纯硅溶胶进行性能测试，测试结果
如表1所示，测试方法为icp测试离子净度，tem测试产品的形貌。
71.表1
[0072][0073]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0074]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。