硅溶胶的制备方法.docx

硅溶胶的制备方法 1 硅溶胶的粒径 硅溶胶是一种含有负电的乳白色溶胶溶液。硅溶胶的胶核是由大量的二氧化硅(Si O2)分子形成的总和。胶体粒子的大小在1~100nm范围内,通常用的硅溶胶的粒子在8~25nm范围居多。由于硅溶胶具有较为均匀的粒径范围、较大的比表面积和较丰富的表面硅醇基,因而显示出很高的化学活性。硅溶胶的胶粒之间可以相互作用发生脱水缩和成网状,也可以与许多物体表面作用形成无机硅膜,因而在许多工业领域有着广泛的应用。 2 硅溶胶的制备 硅溶胶的制备方法很多,现将已有的制备方法介绍如下: 2.1 透明硅酸稀溶液 首先将稀释后的水玻璃通过阳离子交换树脂交换,除去钠离子和强酸根离子而制得透明硅酸稀溶液。由于得到的聚硅酸溶液稳定性差,因而要加少量的氢氧化钠等稳定剂,调整溶液的p H值在8.5~10.5之间的稳定区,加热沸腾,在常压或减压条件下蒸发,直至浓缩成商品硅溶胶。 2.2 硅溶胶的制备 当稀释的硅酸钠溶液用酸部分中和至p H值8~9时,如生成的钠盐小于0.3N,且中和作用在较高温度下进行,二氧化硅粒子立即长大,可制成比较稀的硅溶胶。 2.3 渗透分析 主要是除去中和反应或四氯化硅水解制成的稀溶胶中的盐类而加以纯化,因过程进行缓慢,而无工业价值。 2.4 电渗分析 将热的稀释的硅酸钠溶液进行电解以连续地除去碱金属离子直至获得溶胶,这种方法只能制备粒子尺寸小、浓度低的硅溶胶。 2.5 多酚胶 先用酸不完全中和硅酸钠溶液,在碱性条件下先制备成凝胶,洗去其中的盐类,然后加热使凝胶胶溶。 2.6 溶胶的配制 将四氯化硅水解,并除去酸使p H值达到6.8,即可制成极纯的溶胶;也可将正硅酸乙酯在适量水和酒精介质中水解制成均匀的球状二氧化硅粒子。 2.7 元素硅的溶解 用氢氟酸处理粉碎的硅除去氧化膜,在氨水中很快与水反应生成碱稳定的胶体二氧化硅。 2.8 溶胶的制作 将热解法制备的气相二氧化硅加工后,加入水和碱,使混合物的p H在8.5~10.5之间,用芳族磺酸盐作分散剂,在胶体磨中经受高的剪切作用可制成40%的溶胶。 2.9 利用离子交换净化处理 将硅灰石与硫酸反应,生成硫酸钙沉淀和H2Si O3水溶液,经过滤分离后,得到纯清的H2Si O3水溶液。因为H2Si O3是一种弱电解质,可以通过电离和聚合作用而形成胶体。硅灰石经酸化后得到的H2Si O3水溶液中有杂质存在,其中的阳离子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe2+,阴离子主要有Cl-、SO42-,这些离子的存在会使硅溶胶容易凝聚,必须进行净化处理。通过离子交换净化处理后的硅溶胶水溶液接近中性,这种硅溶胶还是很不稳定,而要使其p H值大于8.5以上才能达到稳定状态。再通过添加稳定剂Na OH,然后再浓缩才能达到工业要求。 3 建筑涂料的制备技术 硅溶胶自工业化生产以来,随着应用技术的进步,已经在熔模精密铸造、硅胶体电解质铅蓄电池、高温陶瓷、建筑涂料、催化剂等领域获得广泛的应用。 3.1 硅酸甲酯和硅溶胶 国内熔模精密铸造企业通常用水玻璃作为型壳的高温粘结剂,但由于水玻璃的固有特性是含有Na2O等杂质,故所得铸件尺寸精确度差、表面质量粗糙,市场越来越窄。为了得到高质量的铸件,国内熔模精密铸造企业逐渐以硅酸乙酯或硅溶胶来代替水玻璃,而在国外水玻璃已经完全被硅溶胶或硅酸乙酯取代。与水玻璃相比,硅溶胶或硅酸乙酯杂质少、表面张力和粘度小,型壳的耐火度高,高温尺寸稳定,表面致密且光洁度好。特别是硅溶胶,使用时不像硅酸乙酯要预水解及储存不稳定。 3.2 蓄电池的工作机理 硅胶体电解质铅酸蓄电池是在原铅酸电池的基础上,把酸水电解液改变成硅胶体电解液的蓄电池,即利用硅溶胶代替蒸馏水,在酸性介质中,硅溶胶变成硅凝胶,而其运行机理不变。这一变革克服了铅酸蓄电池易腐蚀、易逸出有害气体而污染环境的缺点,而且使用方便,电解液一次性加入直至电瓶报废;使用前不需充电,自放电少,使用寿命长。 3.3 有机高分子成膜材料 由于无机涂料无毒无味且成本低,耐久力强,因而在建筑涂料中越来越受重视。特别是以硅溶胶为成膜物质的涂料,由于成膜后具有极好的耐水性,因而可制成防潮、耐擦洗的内墙涂料。为了防止硅溶胶涂膜在硬化过程中发生脆裂,通常采用部分有机高分子成膜材料配制,以调整硬化速度,增加涂料的柔性,形成理想的涂层。 除建筑涂料以外,硅溶胶与其它辅助成膜物质可制成防火涂料、远红外辐射涂料、热处理保护涂料及高温隔热涂料等。 3.4 催化剂 硅溶胶具有很大的比表面积和化学活性,而且胶粒分布均匀,因而可以作为催化剂载体。 3.5 硅溶胶纤维复合布 硅溶胶粘结力强,是一种优良的高温粘结剂。在制备高温纤维时,把硅溶胶和硅酸铝纤维粒混匀制浆、成型烘干,所得制品具有很高的耐热性能和强度,甚至把普通硅酸铝纤维板涂一层硅溶胶