有机酸催化下正硅酸甘油酯水解特性的研究开题报告

1. 研究目的与意义

单分散性的二氧化硅颗粒是一种很好的模板,通过表面修饰与改性,可制备具有优越性能的复合粒子。而且单分散SiO2也是填充高性能色谱柱的优良材料。此外,它在材料的填充剂方面也有很高的应用价值。但现行的氧化硅原料大多使用TEOS作为硅源进行水解，所得氧化硅产品粒径分布宽、结构均一性差、团聚严重。更为重要的是该氧化硅通过相转移进行极性-非极性相转移十分困难，这也正是氧化硅纳米粒子使用成效不显著、使用量过大、严重影响产品生产、施工、整体性能和应用的广泛性。本实验室最近三年进行了正硅酸甘油酯的合成。且有确切证据证明该正硅酸酯水解速度慢、容易控制、粒子结构完整、表面配体调制更可控且灵活多变。本课题试图探索正硅酸甘油酯在聚醚混合溶剂体系有机酸催化下的水解特性，并探讨各种水解条件对于正硅酸甘油酯的水解过程和产品的性能的影响。

2. 国内外研究现状分析

自1968年Stober首次报道了将正硅酸乙酷加入水一醇一氨水体系中，合成微球后，就爆发了溶胶一凝胶法制备单分散二氧化硅微球的研究热潮，许多科学工作者都对Stober方法进行了改进。1991年美国专利Pat4,983,369发表了一种制备高度分散硅胶微球的方法(两相法或者种子法)，先将一部分TEOS进行水解缩合形成Si02种子，再缓慢的分段加入TEOS和氨水等反应物使种子不断长大成微米的硅胶球。该法通过控制原料的加入量和加入速度等控制溶液中反应物的浓度，抑制新核的产生，形成分散性很好的硅胶微球，但该法所得微球是致密的，为无孔硅胶微球。陈胜利等人研究了种子法制备单分散硅胶微球的过程，认为种子生长初期，水解缩合的可溶性聚合物浓度较高，首先形成不稳定的微晶核，微晶核克服静电斥力扩散到颗粒表面生长，且容易产生新核;种子生长后期，可溶性聚合物浓度较低，颗粒的生长主要通过可溶性的缩聚物在其表面反应生长，最后形成表面较致密的硅胶微球，这样就可以解释采用种子法可制备单分散微球和微球孔径较小或者无孔等问题。赵丽等通过研究了Stober过程发现在甲醇或乙醇为共溶剂时，所得Si02为单分散的球形颗粒，而丙醇和丁醇的其介电常数较低，Si02粒子间的静电斥力太小，难以克服布朗运动产生的相互碰撞，导致颗粒易发生团聚。

3. 研究的基本内容与计划

本次毕业设计是研究正硅酸甘油酯的水解，选用正硅酸甘油酯、乙醇，苯磺酸为主要原料，综合考虑温度、原料滴加次数和时间、加入顺序及用量等对水解产物性能的影响，并结合水解工艺设计出一条最佳的水解方案。

实验计划：

第一阶段：实验准备

4. 研究创新点

从以上实验结果来看，在纯水(中性介质)条件下，正硅酸乙酯的水解缩聚过程需要22天才能完成，而无论是酸性介质还是碱性介质对正硅酸乙酯的水解缩聚过程都有促进作用，并且介质浓度越高，提高速度越大；但它们对此水解缩聚过程加速的程度有所不同。在醋酸介质条件下，水解缩聚速度最快，可把需要三个多星期的水解缩聚过程缩短为只需4天就可完成。而氨水和二氧化碳的加速效果最差，但也能加速一倍以上。盐酸酸性比醋酸强，但其效果却不如醋酸，说明介质酸性的强弱不是决定正硅酸乙酯水解缩聚过程效果的主要因素。从产物的颜色来看，虽然醋酸作催化剂时的水解缩聚速度最快，但是随着醋酸浓度的增加，产物的颜色也随之加深；而在醋酸 醋酸铵介质条件下，其加速水解缩聚过程的能力与单纯用醋酸时差不多，但产物的颜色却很白。因此综合考虑反应速度和产品颜色的因素，我们认为选择弱酸及其盐组成的混合溶液(如醋酸 醋酸铵)作为水解介质最好。