硅溶膠
發布時間:2016-11-29 來源:未知     分享到:
  硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。由于硅溶膠中的SiO2含有大量的水及羥基,故硅溶膠也可以表述為SiO2.nH2O。制備硅溶膠有不同的途徑。最常用的方法有離子交換法、硅粉一步水解法、硅烷水解法等。

  基本信息

  英文名稱:Silica solution

  硅溶膠屬膠體溶液,無臭、無毒。硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。由于硅溶膠中的SiO2含有大量的水及羥基,故硅溶膠也可以表述為SiO2.nH2O。

  硅溶膠的離子交換工藝為美國的NALCO公司在上世紀40年代開發,后由美國杜邦公司等在五,六十年代完善,目前為最成熟也是最為廣泛使用的工藝。該工藝對水玻璃、離子交換樹脂等材料以及操作工藝有一定的要求,而這些正是國產品的弱勢。相對來說,硅粉一步水解法的工藝比較簡單,目前在國內被廣泛使用。然而,用該法制備的硅溶膠通常顆粒大小在10-20納米左右,顆粒間的界面不清晰,形貌為非球形且無法控制,顆粒間的界面不清晰,故通常只是被大量使用在鑄造等行業,而在精密拋光,催化劑等許多要求更高的領域則無大建樹。 與國際知名硅溶膠品牌相比,目前國產硅溶膠的主要缺點為雜質含量高、顆粒大小無嚴格控制、顆粒比表面不受嚴格檢測、二氧化硅的濃度低、酸性或中性條件下穩定性差、使用周期短、或多或少帶點顏色、品種少等等。目前國際知名硅溶膠品牌有杜邦以及格雷斯的LUDOX系列。

  發展

  硅溶膠無機高分子涂料是近幾年發展起來的。制備該涂料的關鍵技術是

  用特殊的方法除去水玻璃中水溶性的鈉離子。一般可以用離子交換、酸中和、水分解、電滲析等方法來實現,以生成一種極細的二氧化硅超微粒子膠狀水溶液,粒徑為580nm(一般乳液顆粒為800-1000nm)其中Si2O含量20%-30%,Na2O含量0.3%¥,氧化硅和氧化鈉的比例在40%以上。以這種硅溶液/膠為基料,配合顏料和各種助劑而制成硅溶膠無機高分子涂料。硅溶液在失去水分時,單體硅酸逐漸聚合成高聚硅膠,隨水分的蒸發,膠體分子增大,最后形成-SIO-O-SIO-涂膜:IO-SI-OH+HO-SI-OH因NA2O在硅溶膠中的含量低,硅溶膠具有一定量成膜溶解的特性,其耐水性、耐熱性能明顯優于有機涂料。涂膜致密且較硬,不產生靜電,空氣中各種塵埃難粘附。在目前的建筑涂料中,它的抗污染能力是較強的。

  細微的顆粒,對基層有較強的滲透力,能通過毛細管滲透到基層內部,并能與混凝土基層中的氫氧化鈣反應生成硅酸鈣,使涂料具有較強的粘結力。

  但硅溶膠在成膜過程中體積收縮較大,涂膜易開裂。硅溶膠能與丙烯酸酯、醋酸乙烯等乳液任意相溶。兩者的特性相互補充,可以配制出性能優良的有機、無機復合涂料。

  性狀

  硅溶膠屬膠體溶液,無臭、無毒,分子式可表示為 mSiO2nH2O.

  1.由于膠體粒子微細(10 - 20nm),有相當大的比表面積,粒子本身無色透明,不影響被覆蓋物的本色。

  2. 粘度較低,水能滲透的地方都能滲透,因此和其它物質混合時分散性和滲透性都非常好。

  3. 當硅溶膠水份蒸發時,膠體粒子牢固地附著在物體表面,粒子間形成硅氧結合,是很好的粘合劑。

  用途

  1. 用作各種耐火材料粘結劑,具有粘結力強、耐高溫(1500°C-1600°C), 等特點。

  2.用于涂料工業,能使涂料牢固,又能抗污防塵、耐老化、防火等功能。

  3.用于薄殼精密鑄造,可使殼型強度大、鑄造光潔度高。用其造型比水玻璃造型質量好,代替硅酸乙酯造型可降低成本和改善操作條件。

  4.硅溶膠有較高的比表面積,可用于催化劑制造及催化劑載體。

  5.用于造紙工業,可作為玻璃紙防粘劑、照相用紙前處理劑、水泥袋防滑劑等。

  6.用作紡織工業上漿劑,它與油劑并用處理羊毛、兔毛的可紡性,減少斷頭,防止飛花,提高成品率,增加經濟效益。

  7.用作矽鋼片處理劑、顯像管分散劑、地板蠟抗滑等

  技術指標

  堿性鈉型 酸性無穩定劑型 典型數值

  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

  氧化鈉(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

  制備工藝

  制備硅溶膠的工藝有:離子交換樹脂處理硅酸鈉稀溶液的方法;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鈉離子。舉例如下:

  離子交換法

  a 離子交換樹脂。陽離子交換樹脂采用強酸性苯乙烯陽離子交換樹脂;陰離子交換樹指采用弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。

  b 生產工藝

  將模數為3.5的硅酸鈉溶液用水稀調整至含SiO24%,Na201.15%;將液通過填裝陽離子交換樹脂的閃換柱,得含SIO23.6%,NA200.005%,SiO2/Na2O摩爾比703,PH值2.5的硅酸膠稀液。

  離子交換是一個平衡反應,反應的過程是:當把含有Na+的硅酸溶液通過交換樹指時Na+取代了陽離子交換樹脂上的H+。

  于是水玻璃中的Na+已被除去,H+陽離子與硅離子與硅酸鈉中的SiO3生成具有活性的硅溶膠稀溶液流出。

  硅溶膠的離子交換質量與下列因素有關:

  樹脂再生的程度、平衡性質、樹脂的高度、流入深度、離子大小等。

  把通過陽離子交換柱的硅溶膠稀深再通過弱堿性陰離子樹脂交換柱,去除液體中的陰離子CL-,以達到更加穩定的狀態。以交換柱流出來的稀硅深膠濃渡很低,需進行濃縮,為了防止濃縮時膠凝,濃縮前必須迅速加入穩定劑。穩定劑常的為MOH(M為L,Na,K,Rb,Cs,NH4.NH2等)穩定劑的用量應該恰當,若小于SiO2摩爾數的1%則難于起到穩定作用;若超過5%則將降低制品的純度。取5kg上述硅溶膠用10%NAOH溶液調PH值至78。取900g調整液注信減壓器中進行真這減壓濃縮。并以保持容器內液面恒定為原則,徐徐加入剩余的4100g調整液。濃縮溫度保持78℃,最后制得900g含SiO220%,Na200.33%PH為9.6的硅溶膠,其平均粒徑約16mum。

  離子交換樹脂進行離子交換后,已失去交換能力。需用鹽酸稀液洗滌,用HCL中的H9+取代樹脂上的Na+。而使離子交換樹脂的活性基團氧化,使樹脂再生,恢復交換能力。再生后和離子交換樹指必須用蒸餾水沖洗至規定的PH值為止,備下次使用。

  硅溶膠的技術性能:

  SiO2含量地200%(以H2SiO3計含量>26%)水分70

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