一种纳米二氧化硅颗粒的制备方法与流程

本发明属于化学合成断，具体涉及一种纳米二氧化硅颗粒的制备方法。

背景技术：

1、纳米级二氧化硅的水溶液通常也叫硅溶胶。硅溶胶用途广泛，因其具有易成膜、耐水性和耐热性好的特点，广泛应用于涂料行业。同时，硅溶胶也可用于制备半导体集成电路化学机械抛光制程抛光液，但这种类型的硅溶胶对于硅溶胶中有机杂质、金属离子等有着严格的管控，并且对于二氧化硅纳米颗粒的形状、粒径、缔合度也有特定的要求。

2、目前硅溶胶普遍采用硅酸钠通过离子交换的方法制备，工艺路线相对成熟。但是硅酸钠离子交换法因为原料中含有大量的钠离子，后期祛除成本高；同时离子柱带来的有机杂质引入不可避免，也给后期处理带来新的挑战。

3、werner stober等人使用正硅酸乙脂配合乙醇溶剂，在氨水催化的作用下，成功制备了球形二氧化硅颗粒。这一方法使用的醇、氨等原料以及产物醇均为与水沸点差异较大的物质，后期去除可能性高。但使用这一方法制备的二氧化硅颗粒粒径通常在200nm以上。当制备100nm以下的小粒径二氧化硅颗粒时，因为反应物活性的原因，即使可以制备得到粒径100nm以下的二氧化硅颗粒小颗粒，粒径大小均匀性也较差。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于提供一种纳米二氧化硅颗粒的制备方法，所述方法可制备获得粒径100nm以下且大小均一的二氧化硅颗粒。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案。

3、一种纳米二氧化硅颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将烷氧基硅烷溶解于有机溶剂1中，混合均匀，得到密度为ρ的溶液a；(2)将氨水和有机溶剂2混合均匀，得到溶液b；(3)将所述溶液b升温至t，然后加入所述溶液a进行反应，获得所述纳米二氧化硅颗粒；

4、其中，0.890g/cm3≤ρ≤0.910g/cm3，且ρ和t满足以下关系式：22ρ≤t≤35ρ。

5、在一些实施例中，0.890g/cm3≤ρ≤0.905g/cm3。

6、在一些实施例中，所述氨水的质量分数为30％～50％。

7、在一些实施例中，所述氨水和有机溶剂2的质量比为1：2～6。

8、在一些实施例中，步骤(3)中反应温度要求满足22ρ≤t≤35ρ。

9、在一些实施例中，步骤(3)中反应时间为2h～6h。

10、在一些实施例中，步骤(3)中所述溶液a的加入速率为1ml/min～5ml/min。

11、在一些实施例中，所述步骤(3)中还包括对所述溶液b和溶液a的反应产物进行减压蒸馏。

12、在一些实施例中，所述烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基乙氧基硅烷、乙氧基三乙基硅烷、三甲基乙氧基硅烷中的一种或多种。

13、优选地，所述烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的一种或多种。

14、在一些实施例中，所述有机溶剂1和有机溶剂2独立地选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丁醇、异丁醇中的一种或多种。

15、优选地，所述有机溶剂1和有机溶剂2相同。

16、本发明通过提供了一种纳米二氧化硅颗粒的制备方法，可制备获得粒径在100nm以下且大小均一的二氧化硅颗粒。发明人经过研究发现，在本发明反应体系中，通过控制硅烷溶液的密度ρ，使0.890g/cm3≤ρ≤0.910g/cm3，并在该密度下控制后续的水解反应温度t满足22ρ≤t≤35ρ，可以有效调节反应获得的纳米二氧化硅颗粒的粒径大小和粒径均匀性。发明人经过研究发现，当硅烷溶液密度满足特定范围时，通过调控反应温度，可以有效控制纳米二氧化硅颗粒的成核和种子核生长反应，避免成核不均匀导致的种子成核生长大小不一，粒径大小均匀性变差以及生长粒径过大等问题，从而保证纳米二氧化硅颗粒的粒径大小和粒径均匀性。

技术特征：

1.一种纳米二氧化硅颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将烷氧基硅烷溶解于有机溶剂1中，混合均匀，得到密度为ρ的溶液a；(2)将氨水和有机溶剂2混合均匀，得到溶液b；(3)将所述溶液b升温至t，然后加入所述溶液a进行反应，获得所述纳米二氧化硅颗粒；

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，0.890g/cm3≤ρ≤0.905g/cm3。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨水的质量分数为30％～50％。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氨水和有机溶剂2的质量比为1：2～6。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中反应时间为2h～6h。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述溶液a的加入速率为1ml/min～5ml/min。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中还包括对所述溶液b和溶液a的反应产物进行减压蒸馏。

8.如权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、四正丁氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、二甲基乙氧基硅烷、乙氧基三乙基硅烷、三甲基乙氧基硅烷中的一种或多种。

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述烷氧基硅烷选自四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷中的一种或多种。

10.如权利要求1～7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂1和有机溶剂2独立地选自甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、正丁醇、异丁醇中的一种或多种。

技术总结
本发明提供了一种纳米二氧化硅颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)将烷氧基硅烷溶解于有机溶剂1中，混合均匀，得到密度为ρ的溶液A；(2)将氨水和有机溶剂2混合均匀，得到溶液B；(3)将所述溶液B升温至T，然后加入所述溶液A进行反应，获得所述纳米二氧化硅颗粒；其中，0.890g/cm3≤ρ≤0.910g/cm3，且ρ和T满足以下关系式：22ρ≤T≤35ρ。本发明通过优化合成路线，尤其是通过控制硅烷溶液的密度和相应密度下的反应温度，可以有效控制纳米二氧化硅颗粒的粒径大小和粒径均匀性，制备获得粒径均匀性较高的小粒径(100nm以下)纳米二氧化硅颗粒。

技术研发人员：郭启祯,鄢艳华
受保护的技术使用者：深圳新宙邦科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/1/2