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硅溶胶
发布时间:2016-11-29 来源:未知     分享到:
  硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。由于硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基,故硅溶胶也可以表述为SiO2.nH2O。制备硅溶胶有不同的途径。最常用的方法有离子交换法、硅粉一步水解法、硅烷水解法等。

  基本信息

  英文名称:Silica solution

  硅溶胶属胶体溶液,无臭、无毒。硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。由于硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基,故硅溶胶也可以表述为SiO2.nH2O。

  硅溶胶的离子交换工艺为美国的NALCO公司在上世纪40年代开发,后由美国杜邦公司等在五,六十年代完善,目前为最成熟也是最为广泛使用的工艺。该工艺对水玻璃、离子交换树脂等材料以及操作工艺有一定的要求,而这些正是国产品的弱势。相对来说,硅粉一步水解法的工艺比较简单,目前在国内被广泛使用。然而,用该法制备的硅溶胶通常颗粒大小在10-20纳米左右,颗粒间的界面不清晰,形貌为非球形且无法控制,颗粒间的界面不清晰,故通常只是被大量使用在铸造等行业,而在精密抛光,催化剂等许多要求更高的领域则无大建树。 与国际知名硅溶胶品牌相比,目前国产硅溶胶的主要缺点为杂质含量高、颗粒大小无严格控制、颗粒比表面不受严格检测、二氧化硅的浓度低、酸性或中性条件下稳定性差、使用周期短、或多或少带点颜色、品种少等等。目前国际知名硅溶胶品牌有杜邦以及格雷斯的LUDOX系列。

  发展

  硅溶胶无机高分子涂料是近几年发展起来的。制备该涂料的关键技术是

  用特殊的方法除去水玻璃中水溶性的钠离子。一般可以用离子交换、酸中和、水分解、电渗析等方法来实现,以生成一种极细的二氧化硅超微粒子胶状水溶液,粒径为580nm(一般乳液颗粒为800-1000nm)其中Si2O含量20%-30%,Na2O含量0.3%¥,氧化硅和氧化钠的比例在40%以上。以这种硅溶液/胶为基料,配合颜料和各种助剂而制成硅溶胶无机高分子涂料。硅溶液在失去水分时,单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶,随水分的蒸发,胶体分子增大,最后形成-SIO-O-SIO-涂膜:IO-SI-OH+HO-SI-OH因NA2O在硅溶胶中的含量低,硅溶胶具有一定量成膜溶解的特性,其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料。涂膜致密且较硬,不产生静电,空气中各种尘埃难粘附。在目前的建筑涂料中,它的抗污染能力是较强的。

  细微的颗粒,对基层有较强的渗透力,能通过毛细管渗透到基层内部,并能与混凝土基层中的氢氧化钙反应生成硅酸钙,使涂料具有较强的粘结力。

  但硅溶胶在成膜过程中体积收缩较大,涂膜易开裂。硅溶胶能与丙烯酸酯、醋酸乙烯等乳液任意相溶。两者的特性相互补充,可以配制出性能优良的有机、无机复合涂料。

  性状

  硅溶胶属胶体溶液,无臭、无毒,分子式可表示为 mSiO2nH2O.

  1.由于胶体粒子微细(10 - 20nm),有相当大的比表面积,粒子本身无色透明,不影响被覆盖物的本色。

  2. 粘度较低,水能渗透的地方都能渗透,因此和其它物质混合时分散性和渗透性都非常好。

  3. 当硅溶胶水份蒸发时,胶体粒子牢固地附着在物体表面,粒子间形成硅氧结合,是很好的粘合剂。

  用途

  1. 用作各种耐火材料粘结剂,具有粘结力强、耐高温(1500°C-1600°C), 等特点。

  2.用于涂料工业,能使涂料牢固,又能抗污防尘、耐老化、防火等功能。

  3.用于薄壳精密铸造,可使壳型强度大、铸造光洁度高。用其造型比水玻璃造型质量好,代替硅酸乙酯造型可降低成本和改善操作条件。

  4.硅溶胶有较高的比表面积,可用于催化剂制造及催化剂载体。

  5.用于造纸工业,可作为玻璃纸防粘剂、照相用纸前处理剂、水泥袋防滑剂等。

  6.用作纺织工业上浆剂,它与油剂并用处理羊毛、兔毛的可纺性,减少断头,防止飞花,提高成品率,增加经济效益。

  7.用作矽钢片处理剂、显像管分散剂、地板蜡抗滑等

  技术指标

  碱性钠型 酸性无稳定剂型 典型数值

  JN-20 JN-25 JN-30 JN-40 SW-20 SW-25 SW-30 二氧化硅(SiO2)含量,%

  20.0-21.0 25.0-26.0 30.0-31.0 40.0-41.0 20.0-21.0 25.0-26.0 30.0-31.0 30.3 25.6

  氧化钠(Na2O)含量,%≤

  0.30 0.30 0.30 0.40 0.04 0.05 0.06 0.25 0.04

  PH值 8.5-10.0 8.5-10.0 8.5-10.0 9.0 10.5 2.0-4.0 2.0-4.0 9.6 2.8

  黏度(25℃),mp a.s ≤ 5.0 6.0 7.0 25.0 5.0 6.0 7.0 5.4 3.0

  密度(25℃),g/cm3 1.12-1.14 1.15-1.17 1.19-1.21 1.28-1.30 1.12-1.14 1.15-1.17 1.19-1.21 1.20 1.16

  制备工艺

  制备硅溶胶的工艺有:离子交换树脂处理硅酸钠稀溶液的方法;用硫酸中和水玻璃稀溶液的方法;水解硅酸酯的方法等等。其基本原理都是去掉易溶于水的钠离子。举例如下:

  离子交换法

  a 离子交换树脂。阳离子交换树脂采用强酸性苯乙烯阳离子交换树脂;阴离子交换树指采用弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。

  b 生产工艺

  将模数为3.5的硅酸钠溶液用水稀调整至含SiO24%,Na201.15%;将液通过填装阳离子交换树脂的闪换柱,得含SIO23.6%,NA200.005%,SiO2/Na2O摩尔比703,PH值2.5的硅酸胶稀液。

  离子交换是一个平衡反应,反应的过程是:当把含有Na+的硅酸溶液通过交换树指时Na+取代了阳离子交换树脂上的H+。

  于是水玻璃中的Na+已被除去,H+阳离子与硅离子与硅酸钠中的SiO3生成具有活性的硅溶胶稀溶液流出。

  硅溶胶的离子交换质量与下列因素有关:

  树脂再生的程度、平衡性质、树脂的高度、流入深度、离子大小等。

  把通过阳离子交换柱的硅溶胶稀深再通过弱碱性阴离子树脂交换柱,去除液体中的阴离子CL-,以达到更加稳定的状态。以交换柱流出来的稀硅深胶浓渡很低,需进行浓缩,为了防止浓缩时胶凝,浓缩前必须迅速加入稳定剂。稳定剂常的为MOH(M为L,Na,K,Rb,Cs,NH4.NH2等)稳定剂的用量应该恰当,若小于SiO2摩尔数的1%则难于起到稳定作用;若超过5%则将降低制品的纯度。取5kg上述硅溶胶用10%NAOH溶液调PH值至78。取900g调整液注信减压器中进行真这减压浓缩。并以保持容器内液面恒定为原则,徐徐加入剩余的4100g调整液。浓缩温度保持78℃,最后制得900g含SiO220%,Na200.33%PH为9.6的硅溶胶,其平均粒径约16mum。

  离子交换树脂进行离子交换后,已失去交换能力。需用盐酸稀液洗涤,用HCL中的H9+取代树脂上的Na+。而使离子交换树脂的活性基团氧化,使树脂再生,恢复交换能力。再生后和离子交换树指必须用蒸馏水冲洗至规定的PH值为止,备下次使用。

  硅溶胶的技术性能:

  SiO2含量地200%(以H2SiO3计含量>26%)水分70

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