第39卷第1期
化工
Vo1.39,No.1
2010年2
Contemporary Chemical Industry
ruary s
2010
科研与开
球形二氧化硅的制备与改性
王寫平,李三喜2,张文政
(1沈阳化工学院材料科学与心程学院,辽沈阳110142;2.沈阳工业大学,運宇沈阳10870)
摘要:以
正硅酸乙酯( TEOS)为硅原,在无水乙醇中通过氨水催化得到球形二氧化硅粒子。通
过改变无水乙醇用量得到不同粒径的球形二氧化硅(SiO2),粒子粒径分布在180~300m之间。反应
过程中加人
硅烷偶联剂KH-570对球形二氧化硅粒子改性,随着偶联剂用量的增加,在红外光谱图中
1400cm'处出现峰值,说明亚甲基的C-H键特征峰强度增加了,二氧化砫粒子表面KIH-570的有机
官能团增加了,且KH-570对二氧化硅粒子起到了改性作用。将制备好的球形二氧化硅在氮气保护下
用肉烯酸甲酯(MA)进行包覆,在红外谱图中1400cm4出现C-H键的特征峰,f800cm处也有了
基的特征峰,说明球形二氧化硅粒子表面存在了丙烯酸甲酯的官能团,丙烯酸甲冶接枝到了二氧化佳
表面
关键词:正硅酸乙隋(TFOS);球形二氧化硅;改
中图分类号:TQ127.2文献标识码:A文章编号:1671-0460(2010)01-0001-04
SiO2粒子具有很广泛的应用,尤其是单分散1实验部分
性SiO2粒子在涂料、催化剂载体、色谱填料及高
性能陶瓷等方面占据的重要的应用地位刚
1.1实验药品及仪器
Kolbe于1956年制备了单分散SiO2颗粒 Stober1..1实验药品
等阿重复了其结果首次进行了较为系统的条件实
正
硅酸乙酯(TEOS):分析纯,沈阳市新西试
验研究。SiO2由于微观粒子的效应使得在SiO2粒
剂厂,(以SiO2计)≥28.0;
子的制备过程中容易团聚,对siO2粒子的改性不
无水乙醇(EtOH):分析纯,天津市大茂化学
仅能提高二氧化硅粒子的分散性,还有利于SiO2
试剂厂,纯度≥99.7
粒子的其他应用。在SiO2表面有二种轻基,
氨水:分析纯,天津市科密欧化学试剂有限
是孤立的、未受干扰的自由羟基;二是连生的、彼公可,(以NH1计)25%-28%;
此形成氢键的缔合羟基;三是双生的,即两个羟
蒸馏水:自制;
基连在一个硅原子上的羟基。孤立的和双生的羟
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-57
基一般不形成氢键?。SiO2粒子的改性也是利用0)
其表面羟基经行官能化的。
丙烯酸甲酯(MA):天津市大茂化学试剂
本文采用溶胶凝胶法制备球形Si0么粒子,除1.2实验仪器
用硅烷偶联剂KH-570对其进行改性,还用MA
集热磁力搅拌器:DF-101S,河南省太康科教
对球形SiO2粒了进行包覆研究,讨论无水乙醇、仪器厂;
硅烷偶联剂和分离方式对球形SiO2粒子的影响,
电子天平:BS223S,北京赛多利斯天平有限
并用FTIR和SEM对粒子进行分析。
循环水多用真空泉:SHB-3,郑州杜甫仪器
收稿日期:2009-04-13
作者筍介:王富平(1982-),男,河北供定人,在读硕士,主要从事有机/无机杂化材料约研
指导教师:李三喜(1962-),男,湖南安乡人,教授,博士后,主要从事烯烃催化聚合及高性能有机/无机复合材料的研究
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第39卷第1期
13实验流程
电热恒温干燥箱:202-1,上海阳光实验仪器1.3.1球形SiO2粒子制备流程
有限公司;
球形SiO2粒子制备流程图见图1
套式恒温器:TC-15,浙江新华医疗器械厂
无水乙醇和r"OS
烧瓶恒ザ入加人门统粮恒西整
纳米二氧
高速离心机:TDL-5-A,上海安亭科学仪器
加人
化硅粒子
图1球形SiO2粒子制备流程图
傅立叶变换红外光谱仪: NEXUS470,美国Fg,1 e flow chart of preparation of l9 phencal par
热电局高力公司;
扫描电子显微镜:JSM-6360LW;日本电子
1.3.,2球形SiO2粒子改性流程
JEOL公司
球形SiO2粒子改性流程见图
1.2实验机理与步骤
球形SiO.
煅烧,λ口婉瓶分散均?电磁、绕瓶移人油浴
so与甲苯币
粒子
1.2.1球形SiO2粒子制备机理
(1)TEOS水解醇解
H
RO OR H
温揽拌,60
Ma加入IIlo
得到政性Si0扮
烧瓶
MA
8”OH
RO0R?
RO OR H
图2球形SiO2粒子改性流程图
Fig. 2 The flow chart of modification of Sio2 spherical parti
ROR0?
RO「H
Si8~+(011
Si ROH
3实验结果与讨论
00R
RG OR
(2)正硅酸乙酯缩聚
3.1球形SO2粒子的制备
球形SiO2粒子制备时用10 ML TEOS其产
Ro--OH+H0パ"NーRどーリ-on+0物产量的理论值是2.7g,但是生成的球形SiOっ
R
粒子上会有大量羟基和少量的水分子存在,所以
导致其产率超过了100%。
当n(TEOS):n(RtOH)=38时,SiO2的产量不
R
R
稳定,但得到的球形SiO2粒子分散均匀且呈球
OR Royusiu-si
形,粒径约为270mm(如图3中a)。当n(TEOS):
R
RO
of
n(RtOI)=30时,SiO2粒子的产量稳定分散均匀
.2.2二氧化硅改性机理
且呈球形,粒径约为200nm(如图3中b)。制备
硅烷偶联剂KH-570政性
出分散均匀且产量稳定的球形SiO2粒子的条件
H
H, CC-C-(H,C
是:n(TEOS):n(蒸馏水):ma(氨水):n(EOH)=1:
5:3:23,此时得到的球形SiO2粒子粒径在175
KH5
左右(如图3中c)。
综上随无水乙醇用量的减少制备的球形
SiO2粒子的粒径减小,但是形态和分散性并无影
l C
HC
响,均为分散均匀的球形粒子。离心比抽滤得到
的球形SiO2粒子产率高(如表1,离心产率
95%,抽虑产率74.71%),无论是何种分离方式对
っ
制备的球形SiO2粒子的粒径和形态并没有影响
H, CO
OCH、H,CO-SiーOCH
(如图3中c、d)