纳米二氧化硅溶胶粒子的制备研究_康长瑞.pdf

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1、纳米二氧化硅溶胶粒子的制备研究康长瑞，王玲玲（中国乐凯胶片集团公司研究院，保定０７１０５４）摘要：以ＴＥＯＳ为前驱体，氨水作为催化剂，制备了单分散纳米二氧化硅溶胶，并且探讨了反应条件对二氧化硅溶胶粒径的影响。结果表明：在保持其它条件不变的情况下，随着ＮＨ４ＯＨ／ＴＥＯＳ摩尔比的增大，二氧化硅溶胶的粒径也增大；随着Ｈ２Ｏ／ＴＥＯＳ摩尔比的逐渐增大，二氧化硅溶胶的粒径先增大后基本不变；随着ＥｔＯＨ／ＴＥＯＳ摩尔比的增大，二氧化硅溶胶的粒径减小；随着反应温度的升高，二氧化硅溶胶的粒径显著减小。关键词：二氧化硅

2、；数均粒径；ＴＥＯＳ中图分类号：ＴＱ１３文献标识码：Ａ文章编号：１００９－５６２４－（２０１２）０２－０００８－０３１引言２实验ＳｉＯ２是一种无毒、无味、无污染的非金属材２．１实验试剂料。纳米ＳｉＯ２由于颗粒尺寸的微细化、比表面积急正硅酸乙酯（ＴＥＯＳＡＲ中国国药集团），无水剧增加，使得ＳｉＯ２纳米粒子具有许多独特的性能和乙醇（ＥｔＯＨＡＲ，天津进丰化学试剂公司），氨水广泛的应用前景。具有一定尺寸大小和外观形貌的（ＮＨ４ＯＨＡＲ，保定化学试剂公司），纯水（自制）。纳米ＳｉＯ２可以广泛地应用于制备催化剂、

3、陶瓷、电２．２表征方法子材料、填料及化妆品中，溶胶颗粒在化学机械抛用ＭＡＬＶＥＲＮＺＥＴＡＳＩＺＥＲ３０００ＨＳ（英国马［１，２］光、涂膜及精密铸造等方面有广泛的应用。尔文仪器公司）测定溶胶的粒径。［３，４］制备纳米ＳｉＯ２粒子的方法已有很多报道，２．３二氧化硅溶胶的合成自从ｓｔｏｂｅｒ等提出了一种在醇介质中氨水解正硅在５００ｍｌ三口烧瓶上安装搅拌器和温度计，酸乙酯（ＴＥＯＳ）来合成单分散二氯化硅的方法以加入无水乙醇、纯水、氨水、搅拌均匀后加入正来，单分散二氧化硅已成为研究最多的单分散体硅酸乙酯和无水乙

4、醇混合液，在指定温度反应７ｈ，系之一。这不仅是因为这一方法能得到的颗粒单经过一周的陈化后，测定颗粒的粒径。分散性好、尺寸可控，而且由于二氧化硅表面的硅羟基非常适合作为改性的桥梁，使其功能化。３实验结果与讨论本文就反应物乙醇、水、氨水的比例，反应温度、３．１反应机理反应时间等因素对二氧化硅溶胶影响进行了研究。利用醇盐水解法制备球形氧化物或者氢氧化物颗粒是一种常用的方法。在仅有水和醇溶剂存在下，硅醇盐的水解速率是比较缓慢的，因此一收稿日期：２０１１－１２－２６般都需要加入酸性或碱性催化剂，前者有凝胶结作者简

5、介：康长瑞（１９６５－），男，河北人，工程师。在中国乐凯集团公［５］司研究院从事化学合成研究。构的形成，后者可以得到二氧化硅微球。８在碱性条件下，正硅酸乙酯的水解缩合分大，促进了ＴＥＯＳ的水解，水解速率加快，溶液两步：的过饱和度增大，成核数也在增加，同时氨水浓第１步：水解反应，正硅酸乙酯水解形成羟基度的增大也是显著地促进了核的聚集生长，所以化的产物和相应的醇；生成的ＳｉＯ２颗粒的粒径也逐渐增大。第２步，硅酸之间或硅酸与正硅酸乙酯之间发３．３水的加入量对颗粒大小的影响生缩合反应。实际上第１步和第２步的反应

6、同时进由反应机理可看出ＴＥＯＳ的水解—缩聚反应中，行的。水是水解反应的反应物，也是缩聚反应的产物，因水解反应：（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３Ｓｉ—ＯＣ２Ｈ５＋Ｈ２Ｏ→此水量的多少对反应过程有重要影响。实验中考察（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３Ｓｉ—ＯＨ＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ；了ＴＥＯＳ∶Ｃ２Ｈ５ＯＨ∶ＮＨ４ＯＨ＝１∶２０∶０．５，５０℃失水缩聚：（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３Ｓｉ—ＯＨ＋ＨＯ—Ｓｉ下反应７ｈ，加水量对ＳｉＯ２溶胶粒径的影响。（Ｃ）（Ｃ）—Ｏ—Ｓｉ（Ｃ）；２Ｈ５Ｏ３→２Ｈ５Ｏ３Ｓｉ２Ｈ５Ｏ３＋Ｈ２Ｏ失醇缩聚：（Ｃ２Ｈ５Ｏ）３Ｓｉ—ＯＣ２Ｈ５

7、＋ＨＯ—Ｓｉ（Ｃ）（Ｃ）—Ｏ—Ｓｉ（Ｃ）２Ｈ５Ｏ３→２Ｈ５Ｏ３Ｓｉ２Ｈ５Ｏ３＋Ｃ２Ｈ５ＯＨ。在碱催化条件下，小半径的［ＯＨ－］直接发动亲核进攻完成水解反应，随着烷氧基的除去，硅原子上的正电性增加，而且空间因素更加有利，亲核进攻变得更为容易，因此在碱性催化条件下，ＴＥＯＳ的水解较为完全，缩聚在水解基本完全的条图２水量对溶胶粒径的影响件下在多维方向上进行，以奥斯瓦尔德成熟Ｆｉｇ２Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗａｔｅｒｖｏｌｕｍｅｓｏｎｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅ（ＣｏｓｗａｌｄＲｉｐｅｎｉｎｇ）方式形成单分散的

8、球形颗粒。ｏｆＳｉＯ２ｓｏｌｓ３．２氨水用量对溶胶颗粒大小的影响实验中考察了ＴＥＯＳ∶Ｈ２Ｏ∶Ｃ２Ｈ５ＯＨ＝１∶８从图２可以看出：随着加水量的增加胶体的数∶２０，在５０℃下反应７ｈ，ＮＨ４ＯＨ加入量对生成均粒径逐渐变大，但当Ｈ２Ｏ／ＴＥＯＳ＞７时，二氧的ＳｉＯ２胶体粒径大小的影响。化硅粒径基本不变。这是由于ＴＥＯＳ水解速度受水加入量的影响最大，水量稍微的增加，ＴＥＯＳ水解速度显著增加。当Ｈ２Ｏ／ＴＥＯＳ＜４时，ＴＥＯＳ不能完全水解。正硅酸乙