本发明涉及吸附材料技术领域，特别是一种硅溶胶的制备方法。
背景技术：
近年来，胶体二氧化硅(硅溶胶)在纳米和微粒子研究中发挥了重要作用。硅溶胶是无定型二氧化硅粒子分散在水(或有机溶剂)中形成的胶体分散液，通常为无色或乳白色透明(半透明)液体，多数呈稳定的碱性，少数呈酸性。硅溶胶粒子比表面积50-400m2/g，粒径范围一般在5-100nm，即处于纳米尺度。硅溶胶具有许多优良性能，如大的比表面积、高吸附性、高分散度、高耐火绝热性和抗氧化性等，并且生产工艺简单、原料来源广泛，因而已成为重要的无机高分子原料，并已广泛应用于化工、纺织、造纸、精密铸造、涂料及电子等领域。然而，随着其应用范围的不断拓宽、使用要求的不断提高，传统的硅溶胶已无法满足工业发展的需要，集成电路制造、光学聚酯薄膜等精细领域对粒径大、粒径分布窄且稳定性好的硅溶胶展现出较大的需求。
目前，硅溶胶制备的方法有单质硅水解法、离子交换法、直接酸中和法、电解电渗析法、胶溶法和分散法，等等。而在工业生产中能够大量应用的方法只有单质硅水解法和离子交换法。单质硅水解法是通过单质硅粉在加热与催化剂共同作用下水解生成活性硅酸溶液，再不断水解聚合生成sio2粒子，通过粒子生长从而制备出硅溶胶。所述方法制备的硅溶胶中二氧化硅的胶粒粒形、粒径、密度、纯度等均可控制,胶粒外形圆整均匀,结构致密,稳定性较好，但缺点是制备的硅溶胶粒子偏小，一般不超过80nm，无法满足诸多领域对大粒径硅溶胶的需求。离子交换法制备硅溶胶以水玻璃为原料,经离子交换反应,晶种制备、粒子增长反应、浓缩步骤、纯化等步骤制备出硅溶胶产品。每个步骤对最终硅溶胶的产品品质均会产生影响,硅溶胶产品的胶粒大小、均匀性、杂质含量及其稳定性等物化指标由制备过程各条件的控制而决定。所述方法成本虽低但过程却非常复杂，且生产过程中产生的杂质含量较高，粒径分布范围较宽，无法满足现代集成电路制造、光学聚酯薄膜生产等精细场合的需求。
中国专利cn105883824a、中国专利cn108002394a提供了大粒径硅溶胶的制备方法，但仍然无法满足粒径分布窄的需求；中国专利cn104495857a提供的快速制备大粒径硅溶胶的方法，粒径分布也相对较窄，但由其电镜图可以明显看出粒子出现链珠串的分布，链珠串粒子无法应用于众多精细领域；中国专利cn1974385a提供的单分散性大粒径硅溶胶的制备方法，其硅溶胶粒径大且分布范围窄，因其在制备过程中添加了较多金属离子，金属离子的大量存在会对硅溶胶在精铸、光学膜等行业应用产生负面效应。分析硅溶胶制备的现有技术，为了缩短生产周期、提高生产效率，现阶段需要一种能够快速有效制备稳定性好、球形度高、且窄分散大粒径硅溶胶的方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，所述方法工艺简单、制备速度快，制品物化性能好。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，制备按如下步骤进行：
(1)将低分子醇与适量纯水混合，加入三口烧瓶中，于油浴锅中80℃恒温加热，机械搅拌30min；
(2)向步骤(1)所得溶液中加入碱催化剂，继续80℃恒温机械搅拌10min；
(3)向步骤(2)所得溶液中快速滴加硅源前驱体溶液和表面改性剂溶液，滴加完成后继续80℃恒温机械搅拌2-5h；所述快速滴加在15s内完成；
(4)将步骤(3)所得溶液倒入烧杯中，于室温下敞口磁力搅拌2h，并浓缩至所需固含量，由此即可得到窄分散大粒径的硅溶胶产品。
上述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，所述低分子醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的至少一种，用量为100体积单位。
上述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，所述硅源前驱体为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯中的至少一种，用量为(7-15)体积单位。
上述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，所述步骤(3)中表面改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷kh-570，用量为(1-2)体积单位。
上述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，所述纯水的用量为(0.5-7)体积单位。在本发明中，主体溶剂是低分子醇，纯水为反应物，其加入量不宜过量，否则粒子粒径会出现较大变化，所以选择较低的加入量。
上述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，所述碱催化剂为氨水，氨水浓度为25％-28％，用量为7体积单位。
上述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中机械搅拌器的搅拌转速为200-800rpm。
上述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，所述步骤(4)中磁力搅拌转速为200rpm。本发明的步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中采用机械搅拌装置来完成合成过程，较快的转速用于控制粒径的制备；而步骤(4)采用磁力搅拌装置，用于浓缩过程，浓缩需要一个合适的转速辅助其浓缩过程。
有益效果
本发明制备的硅溶胶相比于传统硅溶胶，具有粒径大(粒径＞65nm)、粒径分布集中(粒子分散指数＜0.065)、球形度高(无不规则粒子存在)、稳定性好(稳定期超过三个月)等优点，能够较好地应用于光学膜涂布液等应用领域。
附图说明
图1是80nm粒径硅溶胶透射电镜图；
图2是100nm粒径硅溶胶粒径分布图。图中粒子粒径中位径为100nm，平均径(标准)为101nm，粒子分散指数为0.061。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1
80nm粒径硅溶胶的具体制备方法，主要操作步骤如下：
(1)将100ml乙醇与0.5ml纯水混合，加入三口烧瓶中，于油浴锅中80℃恒温加热，机械搅拌30min；
(2)向步骤(1)所得溶液中加入7ml氨水，加入完成后继续80℃恒温机械搅拌10min；
(3)向步骤(2)所得溶液中快速滴加7ml正硅酸乙酯溶液和1mlγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，滴加完成后继续80℃恒温机械搅拌2h；
(4)将步骤(3)所得溶液倒入烧杯中，于室温下敞口磁力搅拌2h，并浓缩至所需固含量，即可得到平均粒径为80nm的窄分散大粒径硅溶胶。
实施例2
100nm粒径硅溶胶的具体制备方法，主要操作步骤如下：
(1)将100ml乙醇与5ml纯水混合，加入三口烧瓶中，于油浴锅中80℃恒温加热，机械搅拌30min；
(2)向步骤(1)所得溶液中加入7ml氨水，加入完成后继续80℃恒温机械搅拌10min；
(3)向步骤(2)所得溶液中快速滴加11ml正硅酸甲酯溶液和1.5mlγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，滴加完成后继续80℃恒温机械搅拌3h；
(4)将步骤(3)所得溶液倒入烧杯中，于室温下敞口磁力搅拌2h，并浓缩至所需固含量，即可得到平均粒径为80nm的窄分散大粒径硅溶胶。
实施例3
150nm粒径硅溶胶的具体制备方法，主要操作步骤如下：
(1)将100ml乙醇与7ml纯水混合，加入三口烧瓶中，于油浴锅中80℃恒温加热，机械搅拌30min；
(2)向步骤(1)所得溶液中加入7ml氨水，加入完成后继续80℃恒温机械搅拌10min；
(3)向步骤(2)所得溶液中快速滴加15ml硅源前驱体溶液和2mlγ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，滴加完成后继续80℃恒温机械搅拌5h；
(4)将步骤(3)所得溶液倒入烧杯中，于室温下敞口磁力搅拌2h，并浓缩至所需固含量，即可得到平均粒径为150nm的窄分散大粒径硅溶胶。
表1：各实施例制备的硅溶胶性能数据测量结果
1.一种窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，其特征在于，制备按如下步骤进行：
(1)将低分子醇与适量纯水混合，加入三口烧瓶中，于油浴锅中80℃恒温加热，机械搅拌30min；
(2)向步骤(1)所得溶液中加入碱催化剂，继续80℃恒温机械搅拌10min；
(3)向步骤(2)所得溶液中快速滴加硅源前驱体溶液和表面改性剂溶液，滴加完成后继续80℃恒温机械搅拌2-5h；所述快速滴加在15s内完成；
(4)将步骤(3)所得溶液倒入烧杯中，于室温下敞口磁力搅拌2h，并浓缩至所需固含量，由此即可得到窄分散大粒径的硅溶胶产品。
2.根据权利要求1所述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述低分子醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇中的至少一种，用量为100体积单位。
3.根据权利要求1所述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述硅源前驱体为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯或正硅酸丁酯中的至少一种，用量为(7-15)体积单位。
4.根据权利要求1所述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中表面改性剂为γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(kh-570)，用量为(1-2)体积单位。
5.根据权利要求1所述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述纯水的用量为(0.5-7)体积单位。
6.根据权利要求1所述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述碱催化剂为氨水，氨水浓度为25％-28％，用量为7体积单位。
7.根据权利要求1所述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中机械搅拌器的搅拌转速为200-800rpm。
8.根据权利要求1所述窄分散大粒径硅溶胶的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中磁力搅拌转速为200rpm。
技术总结