水玻璃轉(zhuǎn)變成硅溶膠的方法

1、水玻璃轉(zhuǎn)變成硅溶膠的方法水玻璃（water glass）,即硅酸鈉，俗稱(chēng)泡花堿，化學(xué)式 Na2SiO3 水玻璃和泡化堿是硅酸鈉的俗稱(chēng)。一、水玻璃的化學(xué)成分 水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料，又稱(chēng)泡花堿。 水玻璃可根據(jù)堿金屬的種類(lèi)分為鈉水玻璃和鉀水玻璃， 其分子式分別 為Na20.nSiO2和K20.nSiO2式中的系數(shù)n稱(chēng)為水玻璃模數(shù)，是水玻璃中的氧化 硅和堿金屬氧化物的分子比（或摩爾比） 。水玻璃模數(shù)是水玻璃的重要參數(shù)，一 般在 1.5-3.5之間。印染氧漂用說(shuō)玻璃多為 Na2O.nSiO2 1:3。水玻璃模數(shù)越大， 固 體水玻璃越難溶于水， n 為 1 時(shí)常

2、溫水即能溶解， n 加大時(shí)需熱水才能溶解， n 大于 3 時(shí)需 4 個(gè)大氣壓以上的蒸汽才能溶解。 水玻璃模數(shù)越大， 二氧化硅含量越 多，水玻璃粘度增大，易于分解硬化，粘結(jié)力增大。二、水玻璃的生產(chǎn)工藝硅酸鈉（Na2 SiO3又名泡花堿、水玻璃（Na2Q nSiO2），無(wú)色、青綠色或棕色的固 體或粘稠液體。 硅酸鈉是由硅石 （石英砂）、純堿（或土堿）在熔化窯爐中共熔，冷 卻粉碎制得，其燃料為媒、天然氣、煤氣均可。泡花堿生產(chǎn)工藝可分為干法和濕 法兩種，通常所使用的是干法生產(chǎn)固體泡花堿， 再經(jīng)溶解轉(zhuǎn)變成所需規(guī)格的液體 泡花堿，其轉(zhuǎn)換率為1 : 2。5。生產(chǎn)泡花堿的原料為石英砂、純堿，將二者按一 定比例

3、混合送至反射窯爐中， 經(jīng)高溫煅燒溶化爐水淬后包裝即為固體泡花堿。 固 體泡花堿有利于運(yùn)輸、 貯存。 將固體泡花堿在一定溫度、 壓力下將其溶化成液體 即為液體泡花堿?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：Na2CO3 SiO2- Na2SiO3 CO2T石英砂、純堿-混合一煅燒一水淬一固體泡花堿一經(jīng)溶化一液體泡花堿 水玻璃的生產(chǎn)有干法和濕法兩種方法。干法用石英巖和純堿為原料，磨細(xì)拌勻 后，在熔爐內(nèi)于1300-1400C溫度下熔化，按下式反應(yīng)生成固體水玻璃，溶解于 水而制得液體水玻璃濕法生產(chǎn)以石英巖粉和燒堿為原料，在高壓蒸鍋內(nèi)，2-3 大氣壓下進(jìn)行壓蒸反應(yīng)，直接生成液體水玻璃。工業(yè)水玻璃因分子中氧化鈉與二氧化硅比值不同其

4、性質(zhì)亦不同。氧化鈉與二氧 化硅的分子摩爾比稱(chēng)為模數(shù)， 模數(shù)在 3 以下的稱(chēng)為中性水玻璃， 模數(shù) 3 以上的稱(chēng) 為堿性水玻璃。其產(chǎn)品通常有固體水玻璃，水合水玻璃和液體水玻璃之分。三、用途： 是水質(zhì)軟化劑、助沉劑，在紡織工業(yè)中用于助染、漂白和漿紗；其他用途 : 泡花堿的用途非常廣泛，幾乎遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)。在化工系 統(tǒng)被用來(lái)制造硅膠、白炭黑、沸石分子篩、偏硅酸鈉、硅溶膠、層硅及速溶粉狀 泡花堿、 硅酸鉀鈉等各種硅酸鹽類(lèi)產(chǎn)品， 是硅化合物的基本原料。 在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó) 家，以泡花堿為原料的深加工系列產(chǎn)品已發(fā)展到 50余種，有些已應(yīng)用于高、 精、 尖科技領(lǐng)域； 在輕工業(yè)中是洗衣粉、 肥皂等洗滌劑中不可

5、缺少的原料， 在機(jī)械行 業(yè)中廣泛用于鑄造、 砂輪制造和金屬防腐劑等； 在建筑行業(yè)中用于制造快干水泥、 耐酸水泥防水油、土壤固化劑、耐火材料等；在農(nóng)業(yè)方面可制造硅素肥料；另外 用作石油催化裂化的硅鋁催化劑、肥皂的填料、瓦楞紙的膠粘劑、金屬防腐劑、 水軟化劑、洗滌劑助劑、耐火材料和陶瓷原料、礦山選礦、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制膠粘劑、硅膠、硅溶膠、分子篩、白炭黑等 0三、物理性質(zhì)及形態(tài) : 無(wú)色、淡黃色或表灰色透明的粘稠液體。無(wú)水物為無(wú)定 形，天藍(lán)色或黃綠色，為玻璃狀0形態(tài)分為液體、固體、水淬三種0硅酸鈉溶液中滴加稀硫酸溶液由澄清變渾濁，是生成硅酸J H2SiO3沉淀，水玻璃硬化中析出的

6、硅酸凝膠具有很強(qiáng)的粘附性，因而水玻璃有良好的粘結(jié)能 力0硅酸凝膠能堵塞材料毛細(xì)孔并在表面形成連續(xù)封閉膜， 因而具有很好的抗?jié)B 性和抗風(fēng)化能力0 硅酸凝膠具有高溫干燥增加強(qiáng)皮的特性， 因而水玻璃具有很好 的防火熱性0 硅酸凝膠不與酸類(lèi)物質(zhì)反應(yīng)， 因而水玻璃具有很好的耐酸性0 但在 氧漂液中這些特性卻使得硅酸凝膠黏附在設(shè)備上引成硅垢， 黏附于織物表面而難 以洗除，四、水玻璃的主要技術(shù)性質(zhì)1. 粘結(jié)力和強(qiáng)度較高水玻璃硬化后的主要成分為硅凝膠（ ）和固體，比表面積大，因而具有較 高的粘結(jié)力0但水玻璃自身質(zhì)量、配合料性能及施工養(yǎng)護(hù)對(duì)強(qiáng)度有顯著影響02. 耐酸性好可以抵抗除氫氟酸（HF）、熱磷酸和高級(jí)脂肪

7、酸以外的幾乎所有無(wú)機(jī)和有機(jī) 酸03. 耐熱性好 硬化后形成的二氧化硅網(wǎng)狀骨架，在高溫下強(qiáng)度下降很小，當(dāng)采用耐熱耐火骨料配制水玻璃砂漿和混凝土?xí)r，耐熱度可達(dá)1000C °因此水玻璃混凝土的耐熱度，也可以理解為主要取決于骨料的耐熱度04. 耐堿性和耐水性差因 和 均溶于堿，故水玻璃不能在堿性環(huán)境中使用0同樣由于、NaF、Na2CO3均溶于水而不耐水，但可采用中等濃度的酸對(duì)已硬化水玻璃進(jìn)行酸洗處 理，提高耐水性05. 水玻璃的凝結(jié)固化 水玻璃在空氣中的凝結(jié)固化與石灰的凝結(jié)固化非常相似，主要通過(guò)碳化和 脫水結(jié)晶固結(jié)兩個(gè)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，反應(yīng)式如下：隨著碳化反應(yīng)的進(jìn)行，硅膠（ ）含量增加，接著自由水

8、分蒸發(fā)和硅膠脫水成固 體SiO2而凝結(jié)硬化，其特點(diǎn)是：a. 速度慢。由于空氣中 CO2濃度低，故碳化反應(yīng)及整個(gè)凝結(jié)固化過(guò)程十 分緩慢0b. 體積收縮。c強(qiáng)度低。6.液體硅酸鈉的技術(shù)指標(biāo)指標(biāo)名稱(chēng)技術(shù)指標(biāo)模數(shù)3.1-3.42.2-2.52.6-2.9二氧化硅（ %）> 26.0> 29.2> 25.7氧化鈉（ %）> 8.2> 12.8> 10.2波美度39.0-41.050.0-52.044.0-46.0水不溶物（%） < 0.38< 0.36< 0.38鐵（%）< 0.09< 0.08< 0.09五、硅酸鈉產(chǎn)品介紹1. 在

9、硅酸鈉系列產(chǎn)品中，不同的模數(shù)決定著硅酸鈉晶態(tài)排列結(jié)構(gòu)的不同、硅 酸鈉的性能及使用用途等有所不同、對(duì)其各產(chǎn)品的命名也不同。硅酸鈉又分為無(wú)定形硅酸鈉和結(jié)晶型硅酸鈉。無(wú)定形硅酸鈉為初級(jí)產(chǎn)品，如 我們常見(jiàn)的固體、 液體泡花堿。 其中無(wú)定形固體泡花堿難溶于水， 須在一定的條 件下（如固體硅酸鈉需在一定的溫度、壓力等條件下）才能溶解于水；而結(jié)晶型 的硅酸鈉在自然條件下便可溶解于水（如偏硅、層硅等） ，以便各種使用。無(wú)定 形硅酸鈉需經(jīng)過(guò)一定的工藝條件可轉(zhuǎn)變成結(jié)晶型硅酸鈉。因此，在這里要說(shuō)明的是：硅酸鈉、速溶硅酸鈉、偏硅酸鈉、層狀硅酸鈉等 各硅化合物都有著嚴(yán)格的定義， 不能混淆。 雖然其生產(chǎn)原料都是硅酸鈉，

10、或其產(chǎn) 品屬以硅酸鹽的一種。但它們所使用的硅酸鈉的模數(shù)不同、其生產(chǎn)工藝也不同、 晶型也不同、各產(chǎn)品的性能、用途等也不同。所以，它們不是同一產(chǎn)品，更不能 三合一。速溶粉狀硅酸鈉速溶粉狀硅酸鈉通常是將模數(shù)在 2.13.4 之間的無(wú)定形硅酸鈉液體，經(jīng)噴霧 干燥改變其外觀結(jié)構(gòu)， 制成蓬松粉狀物， 以便使用時(shí)易溶解， 但它仍是無(wú)定形的 硅酸鈉。故稱(chēng)：速溶粉狀泡花堿，簡(jiǎn)稱(chēng)：速溶泡花堿。由于硅酸鈉具有一定的堿 性、軟化水及助沉劑的作用， 因此可在洗滌劑中當(dāng)作填充劑使用， 在某些建筑行 業(yè)也可使用。 其生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單， 首先將液體硅酸鈉在調(diào)模釜內(nèi)進(jìn)行調(diào)模， 再通過(guò) 干燥噴霧塔，噴霧干燥，除去水份。在洗滌助劑中，

11、通常將模數(shù)為二的液體硅酸 鈉制成速溶粉狀硅酸鈉， 因此又稱(chēng)為： 輕質(zhì)二硅酸鈉。 有的生產(chǎn)廠為進(jìn)一步完善 其助洗性能，故將碳酸氫鈉加入其中，可稱(chēng)：聚二硅。2. 偏硅酸鈉系列 偏硅酸鈉系列是結(jié)晶型可溶性硅酸鹽的一類(lèi)，按其結(jié)晶水分子數(shù)不同可分為九水偏硅、五水偏硅和無(wú)水偏硅等等，即：Na2SiO3 ?9H2O、Na2SiO3 ?5H2O和Na2SiO3 。其產(chǎn)品形狀為白色粉末狀。偏硅酸鈉是指模數(shù)為 1 的結(jié)晶型硅酸鈉， 是將無(wú)定形液體泡花堿與液堿發(fā)生反應(yīng)， 經(jīng)一定的工藝條件轉(zhuǎn)變成結(jié)晶型硅酸鈉， 為呈無(wú)色透明的單斜柱形或長(zhǎng)針形晶體。 通常生產(chǎn)使用的有九水、 五水偏硅酸鈉 兩種。九水偏硅鈉因含水分子量大，

12、故易潮解，它的吸潮率為 133%。美、日等國(guó)早 在六、七十年代剛剛形成工業(yè)化生產(chǎn)， 因其極易潮解結(jié)塊而被淘汰， 取而代之的 是五水偏硅酸鈉，其吸潮率為 74%。無(wú)水偏硅酸鈉生產(chǎn)成本太高， 不易生產(chǎn)使用。目前，國(guó)內(nèi)已有數(shù)家生產(chǎn)九水偏硅酸鈉廠家，五水偏硅酸鈉有天津堿廠、烏 海市化工廠、 鄭州泡花堿廠等廠家生產(chǎn)， 工藝為母液循環(huán)法。 天津東方紅化工廠 從瑞典引進(jìn)的萬(wàn)噸級(jí)偏硅生產(chǎn)裝置已投產(chǎn)使用。偏硅酸鈉在我國(guó)已有十余年歷史，由于偏硅酸鈉的模數(shù)為 1，因此它具有較 強(qiáng)的堿性、去污力強(qiáng)、緩沖力大，可中和酸性污物，使脂肪和油乳化，對(duì)無(wú)機(jī)物 有反絮凝作用， 對(duì)金屬又有防腐蝕作有。 因此它廣泛應(yīng)用于無(wú)磷洗衣粉、

13、 工業(yè)洗 滌劑，食品清洗劑， 金屬清洗劑， 織物處理劑紙張脫墨和還廣泛用于建筑陶瓷的 制造業(yè)。六. 鈉水玻璃的基本組成工業(yè)水玻璃中含有各種雜質(zhì) , 為了制取純水玻璃 , 將硅膠溶解于氫氧化 鈉的熱溶液中 , SiO2 濃度為 0. 8 mol/L , 模數(shù)分別為 1. 8, 2. 4 和 3. 6. 配好后立即 進(jìn)行硅烷化反應(yīng) , 即將硅酸分子中的硅羥基與三甲基硅醇發(fā)生醚化反應(yīng) , 轉(zhuǎn)變成硅酸醚衍生物 , 以避免老化現(xiàn)象的影響 . 例如, 正硅酸轉(zhuǎn)變成四 (三甲基 ) 硅醚衍 生物:Si(CH) 4+ 4 (CH3) 3SiOHpH2Si- O Si(CH3)可以用 SiT 4 或簡(jiǎn)單地以 “

14、 ” 來(lái) 表示單正硅酸或其醚化衍生物 . 二硅酸轉(zhuǎn)變成六 (三甲基 ) 硅醚衍生物 :(HO ) 3Si O Si(OH3) 3 + 6 (CH3) 3SiOHpH2 (CH3) 3SiO 3 Si O Si - O Si(CH3) 3 3可以用 SiT 6 或簡(jiǎn)單地以“”來(lái)表示二硅酸或其醚化衍生物，以此類(lèi)推.聚硅酸分子中的 硅羥基全部轉(zhuǎn)變成硅醚后 , 分離時(shí)不再會(huì)發(fā)生縮聚和解聚反應(yīng) , 因而可以用精密 分餾或氣相色譜法將可揮發(fā)部分的組成分離出來(lái)。具體操作如下：9mL 2: 1鹽酸、15mL異丙醇、9mL六甲基二硅氧烷和1mL十四烷(作氣相色譜的內(nèi)標(biāo))的 六甲基二硅氧烷溶液 (5 g/100

15、mL ) , 混合后, 攪拌 30 m in, 先解聚成三甲基硅 醇:(CH3) 3Si O Si(CH3) 3 + H2O 2 (CH3) 3Si然后加 10 mL 水玻璃試樣，攪拌 90 m in, 進(jìn)行硅烷化反應(yīng) . 硅烷化衍生物層用分液漏斗分出 , 并用水洗滌三次 , 用干 燥劑干燥 .硅烷化衍生物層用氣相色譜儀進(jìn)行分離和定量. 測(cè)出的衍生物可以分為三類(lèi)1水玻璃的原有組成為聚硅酸鈉,pH 1013.而硅烷化反應(yīng)必須在pH2 下才能進(jìn)行 , 水玻璃酸化到 pH 2 時(shí)必然趨向新的平衡 . 雖然人們一再改進(jìn)硅 烷化反應(yīng)的操作步驟 , 也不能完全避免平衡移動(dòng) , 所以測(cè)定的結(jié)果僅具有定性或

16、半定量的意義 .2. 氣相色譜儀的氣化室溫度控制在250 300°C, 沸點(diǎn)高于此溫度的衍生物不能被分離和測(cè)定 .3. 對(duì)于含量較多的衍生物 ,從三個(gè)不同模數(shù)的水玻璃的衍生物來(lái)看, 雖然它們均中和到 pH 2 (即中和后模數(shù)趨向同一 ) , 但測(cè)定結(jié)果仍能反映出它們的差 異。據(jù)推測(cè) , 可能是硅烷化反應(yīng)的速度稍大于聚硅酸達(dá)到新平衡的速度 , 因而這 個(gè)方法能部分地反映出不同模數(shù)水玻璃在趨向新平衡中途時(shí)聚硅酸組成4. 剛制好的水玻璃沒(méi)有光散射現(xiàn)象 , 在貯放過(guò)程中逐漸產(chǎn)生微弱的光散 射. 丁鐸爾效應(yīng)是膠粒的特征現(xiàn)象 , 因此水玻璃在貯放過(guò)程中不斷有膠粒生成 (水玻璃的老化 ). 據(jù)測(cè)定

17、, 膠粒的粒徑大多僅 1 2 nm , 硅酸聚合度 15 150, 折合成 2 20 個(gè)立方八硅酸單元 . 可以將膠粒視作是立方八硅酸的縮聚產(chǎn)物 .5. 硅酸聚合時(shí)不生成長(zhǎng)直鏈的聚合物 , 卻傾向于生成環(huán)狀和雙環(huán)籠狀聚合 物, 其原因與陽(yáng)離子的離子半徑有關(guān) . 當(dāng)硅酸聚合成環(huán)狀和雙籠狀聚合物時(shí) , 恰 巧可以將陽(yáng)離子 (L i+ 、 Na+ 、 K+ 、 R4N + ) 包絡(luò)在環(huán)內(nèi)或籠內(nèi) , 形成能量較低 , 穩(wěn) 定性較高的配位化合物 .這從陽(yáng)離子的半徑愈大 , 例如 K+ 和 R4N + , 生成大環(huán)的 數(shù)量也相應(yīng)增多 , 可以得到間接的證明 . 根據(jù)上述事實(shí) , 對(duì)實(shí)際情況作適當(dāng)簡(jiǎn)化 ,

18、使29Si核磁共振譜的識(shí)讀成為可能.市售水玻璃的含固量在 35% 43% , 它們的 29Si 核磁共振譜的諸吸收峰 相互交疊 , 無(wú)法正確地測(cè)定各吸收峰的相對(duì)積分面積 . 因此 , 將純硅膠溶解于純 氫氧化鈉的熱溶液中 , 制得含固量在 20% 25% ,模數(shù)分別為 2. 0, 2. 5, 3. 3 和 4. 0 的純水玻璃，一個(gè)含固量 20% 25% 的稀水玻璃的組成可以近似 3隨著模數(shù)的增大 , 硅酸的聚合度也相應(yīng)增高 , 低聚硅酸 (一級(jí)和二級(jí)硅原子 ) 的相對(duì)含量減小 ,高聚硅酸 (三級(jí)和四級(jí)原子 ) 的相對(duì)含量增大 .模數(shù) 2. 0 的水玻 璃試樣不出現(xiàn)四級(jí)硅原子的吸收峰所以模數(shù)w 2的水玻璃不會(huì)生成膠粒，不呈 現(xiàn)丁鐸爾效應(yīng) . 四級(jí)硅原子的存在可視作是否含有膠態(tài)二氧化硅的標(biāo)志 , 可解釋 為硅酸聚合時(shí)最終聚合成立方八硅酸 , 再通過(guò)立方八硅酸的縮聚而生成膠粒.模數(shù) 2. 5 和 3. 3 水玻璃試樣的三級(jí)和四級(jí)硅原子吸收峰相對(duì)積分面積之和分別為 42% 和 52%. 試樣的含固量?jī)H 20% 25% , 而市售水玻璃含固量一般為 35%43%. 隨著濃度的升高 , 高聚硅酸的含量也相應(yīng)增加 , 所以市售水玻璃中立方八 硅酸及其縮聚物的含量必然超過(guò)聚硅酸的 50%;模數(shù) 4. 0 試樣中