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用改进的施托贝尔溶胶凝胶法分200倍半硅氧烷合成纳米粒子
安娜.阿科瑞福和约翰.恩.海伊
化学，SBMS，萨里大学，吉尔福德，萨里，英国GU27XH。

电子邮箱：***************.uk
收到2003年6月19日，接受2003年8月22日
首先公布在网络上提前第03年9月12日
纳米范围的倍半硅氧烷合成了一种改进施托贝尔方法。

的水钠硅酸盐溶液为一对甲基，乙基，苯基，乙烯基改性二氧化硅进一步发展的种子球。

在60-180纳米的范围内，制备了直径颗粒水解和缩合反应前体的有机硅烷在水，氨和乙醇的混合物在室温温度。

本研究制备的材料具有较低的比表面积和平均孔径介孔固体直径为典型。

结果表明，该机制的形成粒子聚合和单体主要是增加。

1.简介
有机无机杂化材料中有机组件粘接硅氧烷或硅骨干均不同程度被称为有机改性二氧化硅，固态或倍半硅氧烷（其中通式为[R
Si2O3] n）的。

相当多的注意力都
2
集中在此合成由于使用独特的可能性相结合的混合动力汽车类有机基团的性质与那些或硅氧烷硅胶基质。

溶胶凝胶法已被广泛用于提供一个多功能的综合固态染料材料直接从温和条件下分子的前体。

行之有效的水解溶胶凝胶法涉及基地或酸催化醇单体水解和缩合反应前体的水溶剂体系。

这种化学工艺为代表的通用方程如下：
水解: Si–OR + H2O → Si–OH + ROH (1)
凝结水: Si–OH + HO–Si →Si–O–Si + H2O (2)
酒精凝结: Si–OR+ HO–Si →Si–O–Si + ROH (3)
虽然有各种固态材料已准备散装形式,溶胶凝胶法作为路由使用有机改性二氧化硅已相当有限，直到颗粒最近。

近年来，一些团体已经适应良好众所周知施托贝尔法生产有机改性二氧化硅粒子。

这种做法，这是最初的开发目的从四硅氧烷制备单分散二氧化硅微球前体，如正硅酸乙酯（TEOS）中的混合物，水，氨，酒精，得到了广泛的主题调查，是因为它极好的机会提供执政的硅纳米粒子的性质，包括颗粒形貌，颗粒大小和尺寸分布。

对于固态粒子的合成，最共同的做法，涉及的有机基团的接枝化学反应预合成的二氧化硅颗粒施托贝尔某些偶联剂。

然而，硅表面活性仅限于数量有限的对粒子的表面基团（残余硅醇基团）的访问，明显受到阻碍。

另一个方法包括合成的固态颗粒施托贝尔起价TEOS和硅酸酯的混合物前体与一般公式RSi ，其中R是指甲基，苯基，辛基，巯基，氨和R'事指甲基或乙基。

它
（OR'）
3
也表明，甲基或苯基修饰的二氧化硅微粒可产生单从有机修饰的前兆。

但是，人们已经发现这施托贝尔般的合成只有在准备有用直径较大的颗粒在范围0.4-2.0毫米。

奥滕布里特和华尔街所描述的合成有机改性直径范围硅胶颗粒0.1-0.5毫米的使用既是聚四硅氧烷共聚单体在催化剂和表面活性剂的存在。

这乳化聚合方法的类型已被证明提供一个有用的替代的方法生产固态纳米粒子。

例如，鲍曼和施密特有报道了乳化聚合合成甲基修饰的范围内控制二氧化硅粒子的大小3-15纳米。

在这里，我们报告编写一个简单的方法固态纳米颗粒在60-180纳米，直径范围直接从organotrialkoxysilane在没有前兆一种表面活性剂。

能够产生这种粒子中
间的尺寸范围方面提供其他选择如光学特性和行为控制对血液流变学，当使用添加剂的颗粒在其他系统。

以下所描述的程序Buining等。

表明，23谁硅酸钠溶液可作为种子未修改的二氧化硅进一步增长颗粒，从一水钠制备的硅溶胶解决办法是用作倍半硅氧烷纳米种子形成从organotrialkoxysilane前兆。

合成器，亚太经社会统计信息系统在环境温度发生只有30分钟。

红外光谱，加上固态碳和29Si 核磁共振光谱仪，是用来确认的结构。

孔隙度数据由氮吸附，得到测量结果，使用在布鲁诺尔，埃米特和特尔（BET）等方法。

粒子形态决心利用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（扫描电镜）。

一个潜在用途的材料是聚合物和聚合物的纳米填料的改性复合材料。

2.实验
材料
Phenyltrimethoxysilane（PhTMS）（97+％，Aldrich公司），
methyltri-methoxysilane（MTMS）（98％，Aldrich公司），ethyltrimethoxysilane （ETMS）（97+％，Aldrich公司），vinyltrimethoxysilane（VTMS）（98+％，Fluka公司）和水硅酸钠溶液（氧化钠二氧化硅，重量27。

％的SiO2，里德尔德哈恩）作为收到。

无水乙醇（99.86％，海曼）和水氢氧化铵（35％，费舍尔）是分析试剂质量。

倍半硅氧烷的合成研究了反应参数的影响，如利率此外的organotrimethoxysilane，反应时间，水，氨，种子解决方案，并organotrimethoxysilane浓度浓度接近于，对ormosil颗粒大小进行了研究为了确定是最适合的条件生产的纳米粒子。

因此，对
H2O/NH3/organoalkoxysilane/C2H5OH的摩尔比150/75/2/160下列过程充分体现了所采用的方法：
硅酸钠溶液（2.2重量。

％的SiO
）（0.25毫升）混合，剧烈搅拌下用无水乙
2
醇（12.5毫升，;213毫摩尔）。

这种悬浮液，然后加入到混合物乙醇（6.3毫升;107毫摩尔），氨（NH3的35％）（8.4毫升;150 mmol氨）和organotrimethoxysilane 前兆（4毫摩尔）。

对种子的organotrimethoxysilane摩尔比1二氧化硅：0.022使用。

总水分含量计算方法是加入了介绍了分数金额每个组件。

该混合物在室温下搅拌使用磁力搅拌器。

30分钟后，所产生的粒子通过反复洗涤离心乙醇。

该产品在空气中干燥24小时，下真空24小时然而，有人发现，粒子聚合增强了离心沉淀，产生大颗粒在2.0-5.0毫米直径的范围内。

因此，大量过剩的蒸馏水（每13解决方案的一部分水）是添加到反应混合物和产品的干燥空气中大约3天，24小时下真空产量细白粉末。

反应混合物也对水透析，以除去多余的氨残留钠盐和水，乙醇，以取代之前，向水除了大量过剩。

极化（DP）的核磁共振（NMR）谱进行了在杜伦大学。

该谱在室温下测量一个统一INOVA的瓦里安光谱仪使用的是7毫米的魔角旋转（MAS）的探针在4 kHz 的纺丝速度。

对于29Si CP的光谱，脉冲重复时间为2.0秒，为50.0毫秒，一采集时间接触时间3.0毫秒，和一个59.582 MHz的频率分别为使用。

光谱的13C CP的记录放松延迟5.0秒，一收购30.0毫秒的时间，接触时间为1.0毫秒和一个75.430 MHz的频率。

重复的次数是核证机关。

1000-2000为29Si和钙。

300-500的13C谱。

该Qn的和Tn符号是用来区分官能（未修改）和三官能团（由于存在一个Si-C键）硅胶种，分别为，其中n是多少保税硅氧烷群体的硅原子。

定量强度信息取自进行去卷积在DP谱。

表面面积数据是由氮吸附加州大学在2196科尔特SA的测量结果，使用一个3100的工具。

样品在60加州大学出毒气毒死前全日空6小时，溶解。

总表面积（街），获得利用BET方法。

比表面积（SBET）分别除以圣由样品的重量。

总（副总裁）索取，孔体积相对压力为0.9907。

在％孔隙率（Q）和平均（D）获得孔径使用下列公式：
3。

结果与讨论
倍半硅氧烷的合成在SFB的（施托贝尔，芬克和博恩）溶胶凝胶路线开发原本为纯硅纳米颗粒的合成，但研究了相对小的形成倍半硅氧烷纳米粒子[见简介]。

我们在这里报告对合成甲基，乙基，苯基和乙烯基倍半硅氧烷纳米粒子用改进施托贝尔方法。

影响对有机改性前体的添加量，反应时间，氨，水，种子SiO2和organotrimethoxysilane浓度对颗粒大小研究了（图1）为了制定程序，即最适合于直径在纳米生产范围50-200纳米。

可以看出，颗粒的倍半硅氧烷分散（图2），以及在干燥粉末（图3），有一种倾向，凝聚，形成集群。

据指出，而粒径测定透射电镜是第一个成立的离散度（图2）总是在范围80-400纳米，非常大的聚集颗粒在直径2.0-5.0毫米的范围内，观察干粉末通过离心分离沉淀的解决方案。

在另一方面（表1），在粉末微粒的倍半氧烷中加入了大尺寸超过所得水前，干燥（图3）是相同的，甚至更小比，对于那些分散确定。

这一观察建议干燥/分离过程，它涉及对大型过量加水，是赞成对离心沉淀。

大概极高水浓度稳定的粒子对再聚集，其中发生在离心的地方，随后的干燥。

由于颗粒悬浮稳定性通过静电控制的影响，较高的OH2离子浓度可吸附在表面或SiO2表面上创建的网站，较高的负电荷所获得的颗粒表面，因此，较小的颗粒很稳定对干燥后的聚集。

图。

1的影响：（一）有机改性的添加量前体，（二）反应时间，（三）氨的浓度，（d）水浓度，（五）organotrimethoxysilane浓度，（六）种子SiO2浓度的大小所造成的倍半硅氧烷粒子。