二氧化硅空心球的制备及性能研究(5)
凡是影响颗粒表面性质和接触角的因素都能影响乳液的性质和稳定性。形成Pickering乳液所需要的固体颗粒存在一个临界浓度问题，当固体颗粒浓度低于此浓度时乳液滴尺寸随着固体颗粒浓度增加而降低；当浓度达到或者超过此浓度时，乳液滴尺寸将不再变化。近年来，人们开始把视线转移到利用Pickering乳液为模板合成各种材料上[34]。
He等以Pickering乳液为模板成功合成了苯胺/纳米氧化锌复合空心微球[35]、硫化锌空心微球[36]、纳米空心二氧化铈[37]和氧化镁[38]。此外，采用Pickering乳液还可制备聚苯乙烯/三聚氰胺-甲醛空心微球[39]、聚苯乙烯/SiO2复合空心微球[40]。
总的来说，纳米以及微米尺径、壁厚可控的二氧化硅空心球是通过有机模板法、牺牲核技术合成的。为了得到空心结构，一般需要高温煅烧或者对核进行化学溶解。囊泡用作模板时，常常需要达到相平衡或者对合成过程中的体系pH值有严格的要求。除此以外，层层自组装技术是带有相反电荷的聚合电解质通过静电吸附作用完成，最终二氧化硅球壁的厚度取决于吸附步骤的多寡。另外，将硅酸钠溶液于一定的矾值下分散到表面功能化的聚苯乙烯小球体系中水解、超声辅助技术、苯基三甲氧基硅烷在酸、碱性环境下两步法水解等方法，再辅以高温或化学处理也可以得到二氧化硅空心球。三嵌段共聚物E076-P029-E076与丁醇、乙醇、水构成的四元体系也被用于制备二氧化硅空心球。复旦大学的武利民教授[41]，将传统的聚苯乙烯小球作为模板、正硅酸乙酯作为硅源，在碳酸氢钠的乙醇溶液中制备空心球的工艺做了改进。通过适当升高合成温度至50°C，正硅酸乙酯水解聚合的同时聚苯乙烯小球溶解掉了，免去了后续的高温或酸溶解过程，得到的二氧化硅空心球的单分散较好，可是聚苯乙烯小球的合成及其表面功能化却很费时间。纵观这些前期的工作，虽说都很有意义，然而不是在时间上花费较多，就是实验强度上消耗过大。具体说来，一个缺点就是步骤繁琐，如多相间的平衡、软硬模板表面的功能化、层层自组装技术多次重复吸附等等。另外，一般需要选择适当的化学试剂溶解或者在一定的高温下燃烧分解模板方能得到空心的结构。然而通过这些复杂的程序最终得到的空心球，要么粒径分布不均一、要么球形状变形。本论文拟找到一种新的合成途径，以克服现有技术需先行制备模板或者使用表面活性荆，制备过程复杂、耗时，以及得到的二氧化硅空心球团聚、粒径大小不一的缺点。
1.3 本课题研究的意义
二氧化硅具有良好的机械强度、熟稳定性和化学惰性，一直以来在科学研究和工业技术领域扮演着极其重要的角色。由于二氧化硅胶体在液体介质中具有极高的稳定性，纳米核壳结构沉积过程及壳厚度的可控性好：另外，通过溶胶-凝胶法制备得到的二氧化硅颗粒表面带有大量的硅醇基，其往往是聚合物吸附的场所，很多中极性、高极性的均聚物和共聚物均可通过氢键被吸附在其表面，因此，二氧化硅是非常好的核壳包覆用基质。
空心结构材料在药物和生物分子的可控释放、能量存储、传感、环境净化等方面具有广阔的应用前景，开展其可控制备和性能研究具有重要的科学和经济价值。目前空心结构材料的制备方法包括常规模板合成、牺牲模板合成、软模板合成和无模板等。这些方法仍然有一些局限，如产品的产量很低，繁琐的工艺条件，昂贵的生产成本，以及难以合成人们需求的理想结构和功能。
本论文主要采用改进溶胶-凝胶法，以表面活性剂为前驱体，在室温下的水溶液中进行反应，无需煅烧和刻蚀，直接合成粒径、壁厚可控的具有单分散性的二氧化硅空心球。制备方法简单，重复性高且容易操作。