一种微米级球形二氧化硅的制备方法与流程

本发明涉及微米材料制备的，特别涉及一种微米级球形二氧化硅的制备方法。

背景技术：

1、单分散的sio2微米粒子与纳米粒子的应用场景不同，一般应用在高性能制/陶技术、多相催化、色谱填充柱等领域。同时，氧化硅也作为印制电路板(pcb)中的填料。随着5g时代的来临，传输数据的增加，pcb需要更高的数据传输速率、更低的数据传输延时,这就要求组成pcb的材料介电损耗角正切值(df)要尽可能低。氧化硅本身的df值受到其纯度和极性分子的影响，要求纯度尽可能高，极性分子尽可能少。因此，液相法合成制备的sio2成为了高端pcb的填料选择。

2、最传统的液相法为溶胶-凝胶法，一般是在醇、水溶剂中，以氨水作为弱碱性催化剂，水解、缩合制备单分散的sio2粒子，但子尺寸一般最大不超过亚微米级(0.5um)。亚微米填料会导致黏度增加，无法实现高填充，开发液相法制备高纯微米级sio2迫在眉睫。

3、cn 115504479a《一种sio2微米球及前驱物的制备方法》公开了一种分三步加入不同硅源，最终得到了具有树莓状表面形貌的sio2微米球，颗粒不均匀，表面光滑性差。

4、jp 1998287415a《高纯度球形二氧化硅的制造方法》公开了一种在水和有机溶剂的混合介质中水解和缩合硅酸甲酯来制备球形二氧化硅的方法。甲醇作为有机溶剂，氨水做弱碱性催化剂，在搅拌下将甲醇稀释的硅酸甲酯滴加到0至20℃的介质中以引起水解和缩合反应，制备的球形二氧化硅颗粒的平均粒径为0.5至5µm，粒径范围大。

5、cn116947057a《一种单分散微米级二氧化硅合成方法》公开了一种单分散微米级二氧化硅合成方法，需要加入纳米级sio2固体作为晶种，超声均匀分散得到种子液，成本高。

6、cn112624131b《一种单分散大粒径二氧化硅微球的制备方法》公开了一种缓慢加入离子液体溶剂混合溶剂的方法，能够提高二氧化硅微球的活性和尺寸可控性，同时避免二次成核，保证形成单分散二氧化硅微球。但方案1产物表面不光滑，且溶液分次加入体系，不利于连续化生产，方案4需要引入离子液体，对环境不友好，且价格昂贵，产品均难以作为ccl填料使用；同时上述方法采用种子颗粒生成和二氧化硅颗粒生长的两步反应。因此，制造过程复杂且不可避免地导致高成本。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，粒度分布窄，表面光滑，分散性好的微米级球形二氧化硅的制备方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种微米级球形二氧化硅的制备方法，其特点是，包括如下步骤，

4、（1）配置溶液a

5、将乙醇作为溶剂，把正硅酸四乙酯加入乙醇中,正硅酸四乙酯的加入量为100g/l-630g/l，搅拌混合均匀后制得溶液a，备用；

6、（2）配置溶液b

7、在反应釜中，使用异丙醇和乙醇为助溶剂，两者的质量比为1:3-1:4，向助溶剂中加入弱碱性催化剂、水和电解质，弱碱性催化剂的加入量为5g/l-40g/l、水的加入量为60g/l-300g/l、电解质的加入量为0.2g/l-1g/l，搅拌混合，混合均匀后，在每升助溶剂中加入20g-55g的低共熔溶剂，所述低共熔溶剂为氯化胆碱和尿素的混合，两者的物质的量之比为1:1.5-2，再次搅拌混合，制得溶液b，备用，

8、（3）制备微米级二氧化硅

9、将溶液a和溶液b加入到反应器中，将温度升温至70℃-90℃的条件下反应2h-4h，反应完成后离心、干燥，获得干燥粉体，即制得微米级二氧化硅。

10、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，所述弱碱性催化剂采用氨基酸、碳酸氨、碳酸氢铵、尿素、氨水中的一种或两种。

11、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，所述电解质选用氯化钾或氯化铵。

12、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤（3）所述的反应过程中，采用梯度升温，第一梯度为20℃-40℃，反应1.5h-2.5h，第二梯度为70℃-90℃，反应0.5h-1.5h。

13、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，步骤（3）中，粉体的后处理过程包含热处理、研磨，热处理条件为800℃-1000℃，时间为3h-6h；研磨工艺为球磨机，研磨介质选择氧化硅球，最终获得真密度>2.1 g/cm3的电子填料级粉体。

14、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，所述乙醇选用浓度为99%以上的工业用乙醇，异丙醇选用浓度为99%以上的工业用异丙醇。

15、本发明所要解决的技术问题还可以通过以下技术方案实现，所述反应器选用超重力反应器，气相选择惰性气体（比如氮气、氦气），先将溶液b加入超重力反应器，再将溶液a由超重力反应器的液体进口管引入转子内腔。

16、本发明所述微米级球形二氧化硅的制备方法的原理是：正硅酸四乙酯的水解缩聚反应，该反应的总反应式为：

17、

18、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

19、第一，本发明仅通过加入异丙醇、电解质以及低共熔溶剂，就能直接促进正硅酸四乙酯水解后生产出径距小于0.85nm、球形度大于95%的微米级球形二氧化硅，无需多次调整，工艺步骤更简单，且颗粒间不粘贴，分散性好；

20、第二，通过加入异丙醇和乙醇为助溶剂，异丙醇为溶剂时，二氧化硅颗粒间的表面电位降低，进一步加速颗粒的团聚作用；通过加入电解质，电解质在溶液中电离产生阴阳离子,吸引周围带电的二氧化硅颗粒,起桥梁的作用,使二氧化硅颗粒相互聚合,加速颗粒的团聚作用，促进颗粒长大；

21、第三，通过加入低共熔溶剂，进一步增强导电性，有利于二氧化硅颗粒的团聚；

22、第四，通过采用超重力反应器，利用超重力条件下多相流体系的独特流动行为,强化相与相之间的相对速度和相互接触,高效的传质传热过程，进一步促进颗粒的团聚，实现颗粒的自动分级和筛分。

技术特征：

1.一种微米级球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种微米级球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述弱碱性催化剂采用氨基酸、碳酸氨、碳酸氢铵、尿素、氨水中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的一种微米级球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述电解质选用氯化钾或氯化铵。

4.根据权利要求1所述的一种微米级球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的反应过程中采用梯度升温，第一梯度为20℃-40℃，反应1.5h-2.5h，第二梯度为70℃-90℃，反应0.5h-1.5h。

5.根据权利要求1所述的一种微米级球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，粉体的后处理过程包含热处理、研磨，热处理条件为800℃-1000℃，时间为3h-6h；研磨工艺采用球磨机，研磨介质选择氧化硅球，最终获得真密度>2.1 g/cm3的电子填料级粉体。

6.根据权利要求1所述的一种微米级球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述乙醇选用浓度为99%以上的工业用乙醇，异丙醇选用浓度为99%以上的工业用异丙醇。

7.根据权利要求1所述的一种微米级球形二氧化硅的制备方法，其特征在于，所述反应器选用超重力反应器，气相选择惰性气体，先将溶液b加入超重力反应器，再将溶液a由超重力反应器的液体进口管引入转子内腔。

技术总结本发明公开了一种微米级球形二氧化硅的制备方法，包括如下步骤，将乙醇作为溶剂，把正硅酸四乙酯加入乙醇中,正硅酸四乙酯的加入量为100g/L‑630g/L，搅拌混合均匀后制得溶液A，备用；在反应釜中，使用异丙醇和乙醇为助溶剂，两者的质量比为1:3‑1:4，向助溶剂中加入弱碱性催化剂、水和电解质，弱碱性催化剂的加入量为5g/L‑40g/L，水的加入量为60g/L‑300g/L，电解质的加入量为0.2g‑1g/L，搅拌混合后加入低共熔溶剂，制得溶液B备用；将溶液A和溶液B加入到反应器中反应，再离心干燥，获得干燥粉体。本发明通过采用异丙醇和乙醇为助溶剂，并加入电解质，加速颗粒的团聚作用，促进颗粒长大。技术研发人员：李晓冬,曹家凯,马海阔,赵欢,徐浚杰受保护的技术使用者：联瑞新材（连云港）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10