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硅膜,因而在許多工業(yè)領域有著廣泛的應用。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,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,然后再濃縮才能達到工業(yè)要求。3建筑涂料的制備技術硅溶膠自工業(yè)化生產(chǎn)以來,隨著應用技術的進步,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、催化劑等領域獲得廣泛的應用。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水解及儲存不穩(wěn)定。3.2蓄電池的工作機理硅膠體電解質(zhì)鉛酸蓄電池是在原鉛酸電池的基礎上,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,而其運行機理不變。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有機高分子成膜材料由于無機涂料無毒無味且成本低,耐久力強,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、遠紅外輻射涂料、熱處理保護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硅溶膠纖維復合布硅溶膠粘結力強,是一種優(yōu)良的高溫粘結劑。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劑,其材料的制備工藝簡單,材料的透氣性能好,強度高,硅溶膠的用量可高達34~38%。3.7膨潤土作為吸附劑的應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)保領域中有著廣泛的應用,比如用于吸附廢水中的重金屬離子。然而膨潤土的晶層平