硅溶膠的制備方法

硅溶膠的制備方法

1硅溶膠的粒徑硅溶膠是一種含有負(fù)電的乳白色溶膠溶液。硅溶膠的膠核是由大量的二氧化硅(SiO2)分子形成的總和。膠體粒子的大小在1~100nm范圍內(nèi),通常用的硅溶膠的粒子在8~25nm范圍居多。由于硅溶膠具有較為均勻的粒徑范圍、較大的比表面積和較豐富的表面硅醇基,因而顯示出很高的化學(xué)活性。硅溶膠的膠粒之間可以相互作用發(fā)生脫水縮和成網(wǎng)狀,也可以與許多物體表面作用形成無機(jī)硅膜,因而在許多工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。2硅溶膠的制備硅溶膠的制備方法很多,現(xiàn)將已有的制備方法介紹如下:2.1透明硅酸稀溶液首先將稀釋后的水玻璃通過陽離子交換樹脂交換,除去鈉離子和強(qiáng)酸根離子而制得透明硅酸稀溶液。由于得到的聚硅酸溶液穩(wěn)定性差,因而要加少量的氫氧化鈉等穩(wěn)定劑,調(diào)整溶液的pH值在8.5~10.5之間的穩(wěn)定區(qū),加熱沸騰,在常壓或減壓條件下蒸發(fā),直至濃縮成商品硅溶膠。2.2硅溶膠的制備當(dāng)稀釋的硅酸鈉溶液用酸部分中和至pH值8~9時,如生成的鈉鹽小于0.3N,且中和作用在較高溫度下進(jìn)行,二氧化硅粒子立即長大,可制成比較稀的硅溶膠。2.3滲透分析主要是除去中和反應(yīng)或四氯化硅水解制成的稀溶膠中的鹽類而加以純化,因過程進(jìn)行緩慢,而無工業(yè)價值。2.4電滲分析將熱的稀釋的硅酸鈉溶液進(jìn)行電解以連續(xù)地除去堿金屬離子直至獲得溶膠,這種方法只能制備粒子尺寸小、濃度低的硅溶膠。2.5多酚膠先用酸不完全中和硅酸鈉溶液,在堿性條件下先制備成凝膠,洗去其中的鹽類,然后加熱使凝膠膠溶。2.6溶膠的配制將四氯化硅水解,并除去酸使pH值達(dá)到6.8,即可制成極純的溶膠;也可將正硅酸乙酯在適量水和酒精介質(zhì)中水解制成均勻的球狀二氧化硅粒子。2.7元素硅的溶解用氫氟酸處理粉碎的硅除去氧化膜,在氨水中很快與水反應(yīng)生成堿穩(wěn)定的膠體二氧化硅。2.8溶膠的制作將熱解法制備的氣相二氧化硅加工后,加入水和堿,使混合物的pH在8.5~10.5之間,用芳族磺酸鹽作分散劑,在膠體磨中經(jīng)受高的剪切作用可制成40%的溶膠。2.9利用離子交換凈化處理將硅灰石與硫酸反應(yīng),生成硫酸鈣沉淀和H2SiO3水溶液,經(jīng)過濾分離后,得到純清的H2SiO3水溶液。因為H2SiO3是一種弱電解質(zhì),可以通過電離和聚合作用而形成膠體。硅灰石經(jīng)酸化后得到的H2SiO3水溶液中有雜質(zhì)存在,其中的陽離子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe2+,陰離子主要有Cl-、SO42-,這些離子的存在會使硅溶膠容易凝聚,必須進(jìn)行凈化處理。通過離子交換凈化處理后的硅溶膠水溶液接近中性,這種硅溶膠還是很不穩(wěn)定,而要使其pH值大于8.5以上才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。再通過添加穩(wěn)定劑NaOH,然后再濃縮才能達(dá)到工業(yè)要求。3建筑涂料的制備技術(shù)硅溶膠自工業(yè)化生產(chǎn)以來,隨著應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步,已經(jīng)在熔模精密鑄造、硅膠體電解質(zhì)鉛蓄電池、高溫陶瓷、建筑涂料、催化劑等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。3.1硅酸甲酯和硅溶膠國內(nèi)熔模精密鑄造企業(yè)通常用水玻璃作為型殼的高溫粘結(jié)劑,但由于水玻璃的固有特性是含有Na2O等雜質(zhì),故所得鑄件尺寸精確度差、表面質(zhì)量粗糙,市場越來越窄。為了得到高質(zhì)量的鑄件,國內(nèi)熔模精密鑄造企業(yè)逐漸以硅酸乙酯或硅溶膠來代替水玻璃,而在國外水玻璃已經(jīng)完全被硅溶膠或硅酸乙酯取代。與水玻璃相比,硅溶膠或硅酸乙酯雜質(zhì)少、表面張力和粘度小,型殼的耐火度高,高溫尺寸穩(wěn)定,表面致密且光潔度好。特別是硅溶膠,使用時不像硅酸乙酯要預(yù)水解及儲存不穩(wěn)定。3.2蓄電池的工作機(jī)理硅膠體電解質(zhì)鉛酸蓄電池是在原鉛酸電池的基礎(chǔ)上,把酸水電解液改變成硅膠體電解液的蓄電池,即利用硅溶膠代替蒸餾水,在酸性介質(zhì)中,硅溶膠變成硅凝膠,而其運(yùn)行機(jī)理不變。這一變革克服了鉛酸蓄電池易腐蝕、易逸出有害氣體而污染環(huán)境的缺點,而且使用方便,電解液一次性加入直至電瓶報廢;使用前不需充電,自放電少,使用壽命長。3.3有機(jī)高分子成膜材料由于無機(jī)涂料無毒無味且成本低,耐久力強(qiáng),因而在建筑涂料中越來越受重視。特別是以硅溶膠為成膜物質(zhì)的涂料,由于成膜后具有極好的耐水性,因而可制成防潮、耐擦洗的內(nèi)墻涂料。為了防止硅溶膠涂膜在硬化過程中發(fā)生脆裂,通常采用部分有機(jī)高分子成膜材料配制,以調(diào)整硬化速度,增加涂料的柔性,形成理想的涂層。除建筑涂料以外,硅溶膠與其它輔助成膜物質(zhì)可制成防火涂料、遠(yuǎn)紅外輻射涂料、熱處理保護(hù)涂料及高溫隔熱涂料等。3.4催化劑硅溶膠具有很大的比表面積和化學(xué)活性,而且膠粒分布均勻,因而可以作為催化劑載體。3.5硅溶膠纖維復(fù)合布硅溶膠粘結(jié)力強(qiáng),是一種優(yōu)良的高溫粘結(jié)劑。在制備高溫纖維時,把硅溶膠和硅酸鋁纖維?；靹蛑茲{、成型烘干,所得制品具有很高的耐熱性能和強(qiáng)度,甚至把普通硅酸鋁纖維板涂一層硅溶膠,也可得到硬質(zhì)纖維材料。這種材料大量用于窯爐的熱風(fēng)擋板。3.6釉漿濃度對嘴唇質(zhì)量的影響將適量硅溶膠加入到釉料中代替一部分粘土,可以達(dá)到最佳懸浮的釉漿,同時可以改變釉漿的濃度,以滿足不同的施釉方法的要求,縮短干燥時間,釉面均勻,而且不影響釉面質(zhì)量。以硅溶膠作為透氣性金屬陶瓷材料的粘結(jié)劑,其材料的制備工藝簡單,材料的透氣性能好,強(qiáng)度高,硅溶膠的用量可高達(dá)34~38%。3.7膨潤土作為吸附劑的應(yīng)用膨潤土是一種以蒙脫石為主要礦物的粘土。蒙脫石為層狀鋁硅酸鹽,其單位晶胞系由二層硅氧四面體片夾一層鋁氧八面體片組成。四面體中部分四價硅被三價的鋁取代,八面體中部分鋁被二價鎂取代,晶格中這些正離子被較低價離子同晶取代,晶層表面帶負(fù)電荷,使它具有吸附陽離子和極性分子的能力。因此膨潤土作為吸附劑在環(huán)保領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用,比如用于吸附廢水中的重金屬離子。然而膨潤土的晶層平