本發(fā)明涉及微米材料制備的，特別涉及一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法。

背景技術(shù)：

1、單分散的sio2微米粒子與納米粒子的應(yīng)用場(chǎng)景不同，一般應(yīng)用在高性能制/陶技術(shù)、多相催化、色譜填充柱等領(lǐng)域。同時(shí)，氧化硅也作為印制電路板(pcb)中的填料。隨著5g時(shí)代的來(lái)臨，傳輸數(shù)據(jù)的增加，pcb需要更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更低的數(shù)據(jù)傳輸延時(shí),這就要求組成pcb的材料介電損耗角正切值(df)要盡可能低。氧化硅本身的df值受到其純度和極性分子的影響，要求純度盡可能高，極性分子盡可能少。因此，液相法合成制備的sio2成為了高端pcb的填料選擇。

2、最傳統(tǒng)的液相法為溶膠-凝膠法，一般是在醇、水溶劑中，以氨水作為弱堿性催化劑，水解、縮合制備單分散的sio2粒子，但子尺寸一般最大不超過(guò)亞微米級(jí)(0.5um)。亞微米填料會(huì)導(dǎo)致黏度增加，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高填充，開(kāi)發(fā)液相法制備高純微米級(jí)sio2迫在眉睫。

3、cn?115504479a《一種sio2微米球及前驅(qū)物的制備方法》公開(kāi)了一種分三步加入不同硅源，最終得到了具有樹(shù)莓狀表面形貌的sio2微米球，顆粒不均勻，表面光滑性差。

4、jp?1998287415a《高純度球形二氧化硅的制造方法》公開(kāi)了一種在水和有機(jī)溶劑的混合介質(zhì)中水解和縮合硅酸甲酯來(lái)制備球形二氧化硅的方法。甲醇作為有機(jī)溶劑，氨水做弱堿性催化劑，在攪拌下將甲醇稀釋的硅酸甲酯滴加到0至20℃的介質(zhì)中以引起水解和縮合反應(yīng)，制備的球形二氧化硅顆粒的平均粒徑為0.5至5μm，粒徑范圍大。

5、cn116947057a《一種單分散微米級(jí)二氧化硅合成方法》公開(kāi)了一種單分散微米級(jí)二氧化硅合成方法，需要加入納米級(jí)sio2固體作為晶種，超聲均勻分散得到種子液，成本高。

6、cn112624131b《一種單分散大粒徑二氧化硅微球的制備方法》公開(kāi)了一種緩慢加入離子液體溶劑混合溶劑的方法，能夠提高二氧化硅微球的活性和尺寸可控性，同時(shí)避免二次成核，保證形成單分散二氧化硅微球。但方案1產(chǎn)物表面不光滑，且溶液分次加入體系，不利于連續(xù)化生產(chǎn)，方案4需要引入離子液體，對(duì)環(huán)境不友好，且價(jià)格昂貴，產(chǎn)品均難以作為ccl填料使用；同時(shí)上述方法采用種子顆粒生成和二氧化硅顆粒生長(zhǎng)的兩步反應(yīng)。因此，制造過(guò)程復(fù)雜且不可避免地導(dǎo)致高成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理，粒度分布窄，表面光滑，分散性好的微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，其特點(diǎn)是，包括如下步驟，

4、（1）配置溶液a

5、將乙醇作為溶劑，把正硅酸四乙酯加入乙醇中,正硅酸四乙酯的加入量為100g/l-630g/l，攪拌混合均勻后制得溶液a，備用；

6、（2）配置溶液b

7、在反應(yīng)釜中，使用異丙醇和乙醇為助溶劑，兩者的質(zhì)量比為1:3-1:4，向助溶劑中加入弱堿性催化劑、水和電解質(zhì)，弱堿性催化劑的加入量為5g/l-40g/l、水的加入量為60g/l-300g/l、電解質(zhì)的加入量為0.2g/l-1g/l，攪拌混合，混合均勻后，在每升助溶劑中加入20g-55g的低共熔溶劑，所述低共熔溶劑為氯化膽堿和尿素的混合，兩者的物質(zhì)的量之比為1:1.5-2，再次攪拌混合，制得溶液b，備用，

8、（3）制備微米級(jí)二氧化硅

9、將溶液a和溶液b加入到反應(yīng)器中，將溫度升溫至70℃-90℃的條件下反應(yīng)2h-4h，反應(yīng)完成后離心、干燥，獲得干燥粉體，即制得微米級(jí)二氧化硅。

10、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，所述弱堿性催化劑采用氨基酸、碳酸氨、碳酸氫銨、尿素、氨水中的一種或兩種。

11、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，所述電解質(zhì)選用氯化鉀或氯化銨。

12、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，步驟（3）所述的反應(yīng)過(guò)程中，采用梯度升溫，第一梯度為20℃-40℃，反應(yīng)1.5h-2.5h，第二梯度為70℃-90℃，反應(yīng)0.5h-1.5h。

13、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，步驟（3）中，粉體的后處理過(guò)程包含熱處理、研磨，熱處理?xiàng)l件為800℃-1000℃，時(shí)間為3h-6h；研磨工藝為球磨機(jī)，研磨介質(zhì)選擇氧化硅球，最終獲得真密度>2.1?g/cm3的電子填料級(jí)粉體。

14、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，所述乙醇選用濃度為99%以上的工業(yè)用乙醇，異丙醇選用濃度為99%以上的工業(yè)用異丙醇。

15、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，所述反應(yīng)器選用超重力反應(yīng)器，氣相選擇惰性氣體（比如氮?dú)狻⒑猓?，先將溶液b加入超重力反應(yīng)器，再將溶液a由超重力反應(yīng)器的液體進(jìn)口管引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔。

16、本發(fā)明所述微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法的原理是：正硅酸四乙酯的水解縮聚反應(yīng)，該反應(yīng)的總反應(yīng)式為：

17、

18、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下技術(shù)效果：

19、第一，本發(fā)明僅通過(guò)加入異丙醇、電解質(zhì)以及低共熔溶劑，就能直接促進(jìn)正硅酸四乙酯水解后生產(chǎn)出徑距小于0.85nm、球形度大于95%的微米級(jí)球形二氧化硅，無(wú)需多次調(diào)整，工藝步驟更簡(jiǎn)單，且顆粒間不粘貼，分散性好；

20、第二，通過(guò)加入異丙醇和乙醇為助溶劑，異丙醇為溶劑時(shí)，二氧化硅顆粒間的表面電位降低，進(jìn)一步加速顆粒的團(tuán)聚作用；通過(guò)加入電解質(zhì)，電解質(zhì)在溶液中電離產(chǎn)生陰陽(yáng)離子,吸引周?chē)鷰щ姷亩趸桀w粒,起橋梁的作用,使二氧化硅顆粒相互聚合,加速顆粒的團(tuán)聚作用，促進(jìn)顆粒長(zhǎng)大；

21、第三，通過(guò)加入低共熔溶劑，進(jìn)一步增強(qiáng)導(dǎo)電性，有利于二氧化硅顆粒的團(tuán)聚；

22、第四，通過(guò)采用超重力反應(yīng)器，利用超重力條件下多相流體系的獨(dú)特流動(dòng)行為,強(qiáng)化相與相之間的相對(duì)速度和相互接觸,高效的傳質(zhì)傳熱過(guò)程，進(jìn)一步促進(jìn)顆粒的團(tuán)聚，實(shí)現(xiàn)顆粒的自動(dòng)分級(jí)和篩分。

技術(shù)特征：

1.一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，其特征在于，所述弱堿性催化劑采用氨基酸、碳酸氨、碳酸氫銨、尿素、氨水中的一種或兩種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，其特征在于，所述電解質(zhì)選用氯化鉀或氯化銨。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述的反應(yīng)過(guò)程中采用梯度升溫，第一梯度為20℃-40℃，反應(yīng)1.5h-2.5h，第二梯度為70℃-90℃，反應(yīng)0.5h-1.5h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，粉體的后處理過(guò)程包含熱處理、研磨，熱處理?xiàng)l件為800℃-1000℃，時(shí)間為3h-6h；研磨工藝采用球磨機(jī)，研磨介質(zhì)選擇氧化硅球，最終獲得真密度>2.1?g/cm3的電子填料級(jí)粉體。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，其特征在于，所述乙醇選用濃度為99%以上的工業(yè)用乙醇，異丙醇選用濃度為99%以上的工業(yè)用異丙醇。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，其特征在于，所述反應(yīng)器選用超重力反應(yīng)器，氣相選擇惰性氣體，先將溶液b加入超重力反應(yīng)器，再將溶液a由超重力反應(yīng)器的液體進(jìn)口管引入轉(zhuǎn)子內(nèi)腔。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種微米級(jí)球形二氧化硅的制備方法，包括如下步驟，將乙醇作為溶劑，把正硅酸四乙酯加入乙醇中,正硅酸四乙酯的加入量為100g/L?630g/L，攪拌混合均勻后制得溶液A，備用；在反應(yīng)釜中，使用異丙醇和乙醇為助溶劑，兩者的質(zhì)量比為1:3?1:4，向助溶劑中加入弱堿性催化劑、水和電解質(zhì)，弱堿性催化劑的加入量為5g/L?40g/L，水的加入量為60g/L?300g/L，電解質(zhì)的加入量為0.2g?1g/L，攪拌混合后加入低共熔溶劑，制得溶液B備用；將溶液A和溶液B加入到反應(yīng)器中反應(yīng)，再離心干燥，獲得干燥粉體。本發(fā)明通過(guò)采用異丙醇和乙醇為助溶劑，并加入電解質(zhì)，加速顆粒的團(tuán)聚作用，促進(jìn)顆粒長(zhǎng)大。

技術(shù)研發(fā)人員：李曉冬,曹家凱,馬海闊,趙歡,徐浚杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：聯(lián)瑞新材（連云港）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10