采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法与流程

本发明涉及无机非金属材料，具体涉及一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法。

背景技术：

1、二氧化硅空心微球是一种新型无机材料，尺寸介于纳米到微米之间，具有中空腔体，比表面积大、粒度分布范围窄、分散性好、稳定性好、熔点高，具有特殊的力学、光、电等物理性质，在生物化工、医药、光学、催化、复合材料等方向有较为广阔的发展前景。

2、硬模板法是当前合成尺寸和形貌稳定的二氧化硅空心微球最有效的方法，具有所需设备简单，工艺过程简便，并且各种工艺参数可控的优势。然而现有硬模板法在制备二氧化硅空心微球的过程中，微球壁上容易形成许多细小的介孔，导致空心二氧化硅颗粒不致密，表面强度不够，整体结构不稳定，限制了二氧化硅空心微球在诸多高端精密设备中的应用。例如在承载电子元件的pcb，封装基板，底部填充料等半导体电子封装系统中，有介孔的二氧化硅空心微球难以满足材料所需要的低介电常数，低损耗要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，所制得的二氧化硅空心微球无介孔、结构致密、强度高。

2、本发明采用的技术方案如下：一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，将表面有介孔的二氧化硅空心微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1-1小时，加入硅源，持续搅拌反应直至得到悬浊液，分离，干燥，所得产物在800-1000℃下通过火焰漂浮法进行烧结，获得无介孔的二氧化硅空心微球。

3、优选的，所述表面有介孔的二氧化硅空心微球的获得方法，包括如下步骤：

4、(1)在氮气氛围和60-80℃下，向含聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液中加入偶氮二异丁腈与苯乙烯的混合溶液，持续搅拌反应20-30h，离心，用无水乙醇反复清洗下层沉降物，干燥，得到亚微米级聚苯乙烯微球；

5、(2)聚苯乙烯微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1-1小时，加入正硅酸乙酯，持续搅拌反应直至得到悬浊液，分离，干燥，加热除去聚苯乙烯，获得有介孔的二氧化硅空心微球。

6、优选的，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺、十六烷基磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、硬质酸钠、油酸钠、对十二烷基苯磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、十二烷基氯化铵中的一种。

7、优选的，所述硅源为正硅酸乙酯、偏硅酸乙酯、聚硅酸乙酯的一种。

8、优选的，所述二氧化硅空心微球、表面活性剂、氨水、硅源的加入比例是1-5：0.5-2：15-30：1-2(wt/wt/vt/vt)，优选比例为3：1：20：1(wt/wt/vt/vt)。

9、优选的，所述步骤(1)中含聚乙烯吡咯烷酮的无水乙醇溶液浓度为0.1-1wt％，优选为0.1-0.2wt％，更优选为0.17wt％。

10、优选的，所述步骤(1)中偶氮二异丁腈与苯乙烯的混合溶液浓度为15-30wt％，优选为20wt％。

11、优选的，所述步骤(2)中聚苯乙烯微球、表面活性剂、氨水、正硅酸乙酯的加入比例是1-3：0.5-2：15-30：1-2(wt/wt/vt/vt)，优选比例是1.5：1：20：1(wt/wt/vt/vt)。

12、优选的，所述溶剂为30-90vt％的乙醇水溶液。

13、本申请所称“火焰漂浮法”为本领域(空心玻璃微珠)公知成型工艺。

14、本发明的有益效果在于：提供一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，以亚微米级聚苯乙烯球为模板，十六烷基三甲基溴化胺为阳离子表面活性剂，正硅酸乙酯为硅源合成得到二氧化硅空心微球。产品无介孔，粒径为亚微米，尺寸稳定，具有高致密性和低介电常数。此外，制备的二氧化硅微空心球抗压强度高，在作为复合材料填料加工的情况下，经过超声，搅拌，球磨等加工工艺后可继续保持完整形貌，不会出现破碎，裂纹等情况。

技术特征：

1.一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：将表面有介孔的二氧化硅空心微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1-1小时，加入硅源，持续搅拌反应直至得到悬浊液，分离，干燥，所得产物在800-1000℃下通过火焰漂浮法进行烧结，获得无介孔的二氧化硅空心微球。

2.根据权利要求1所述的采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：所述表面有介孔的二氧化硅空心微球的获得方法，包括如下步骤：

3.根据权利要求1或2所述的采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化胺、十六烷基磺酸钠、十六烷基三甲基氯化铵、硬质酸钠、油酸钠、对十二烷基苯磺酸钠、月桂醇聚氧乙烯醚、十二烷基氯化铵中的一种。

4.根据权利要求1或2所述的采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：所述硅源为正硅酸乙酯、偏硅酸乙酯、聚硅酸乙酯的一种。

5.根据权利要求1所述的采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：所述二氧化硅空心微球、表面活性剂、氨水、硅源的加入比例是1-5：0.5-2：15-30：1-2(wt/wt/vt/vt)。

6.根据权利要求2所述的采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：所述步骤(2)中聚苯乙烯微球、表面活性剂、氨水、正硅酸乙酯的加入比例是1-3：0.5-2：15-30：1-2(wt/wt/vt/vt)。

7.根据权利要求1或2所述的采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法，其特征在于：所述溶剂为30-90vt％的乙醇水溶液。

技术总结
本发明涉及无机非金属材料技术领域，具体涉及一种采用硬模板法制备二氧化硅空心微球的方法；将表面有介孔的二氧化硅空心微球与表面活性剂在溶剂中混合并分散成悬浮液，加入氨水，搅拌反应0.1‑1小时，加入硅源，持续搅拌反应直至得到悬浊液，分离，干燥，所得产物在800‑1200℃下通过火焰漂浮法进行烧结，获得无介孔的二氧化硅空心微球；采用本发明所述方法，制得的二氧化硅空心微球无介孔、结构致密、强度高。

技术研发人员：王华文,汤红运,彭小波,杨小菲,陈凯,董为勇,温家俊
受保护的技术使用者：安徽凯盛基础材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12