硅溶胶

1 硅溶胶概述1.1硅溶胶定义及介绍

1.1.1硅溶胶简介

中文名称：硅溶胶；英文名称：silica sol ；分子式：mSiO

2·nH

2

O。硅溶

胶是二氧化硅的胶体微粒分散于水中的胶体溶液，又名硅酸溶胶，或二氧化硅水溶胶。外观多呈乳白色或淡青透明的溶液状。多呈稳定的碱性，少数呈酸性。硅溶胶中SiO2的浓度一般为10%～35%，浓度高时可达50%。硅溶胶粒子比表面积为50～400 m2／g，粒径范围一般在5～100nm，即处于纳米尺度，与一般粒径为0.1～10μm的乳液相比，其颗粒要小得多。

硅溶胶的胶团结构用以下化学式表示

（1）物理性质：硅溶胶属胶体溶液，无臭、无毒。因为在硅溶胶当中的二氧化

硅含有大量的水及羟基，因此硅溶胶的表达式为SiO

2.nH

2

O。硅溶胶没有什么毒

性，可以普遍的应用于有人的地方。因为硅溶胶的胶体粒子非常的小，有着相当大的表面积。另外，它没有什么味道，不会被人轻易的发现。胶体粒子的是无色透明的，因此不会影响覆盖物的本色。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。

（2）化学性质：硅溶胶当中存在着许多的二氧化硅，因此，不能应用于那些能与二氧化硅反应的地方，如它能与氢氧化钙发生反应，生产硅酸钙，从而使产品变质了。因此在存储的时候要有所注意，不能存储在那些能与二氧化硅反应的材料中。当硅溶胶水分子被蒸发后，胶体粒子能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。

国际上从四十年代开始生产工业用硅溶胶，我国从1958开始硅溶胶的生产与应用。但长期以来，产品品种、质量、数量、用途同发达国家相比都有很大差距。90年代始，这种情况已有了大幅度改观，特别是硅溶胶应用领域的不断拓

宽，带动了整个硅溶胶工业的发展。

1.1.2硅溶胶性能

（1）硅溶胶具有较大的吸附性：硅溶胶中无数胶团聚产生的无数网络结构孔隙，在一定的条件下能对无机物及有机物具有一定的吸附作用。

（2）硅溶胶具有较大的比表面积：比表面积一般为250～300m2/g。

（3）硅溶胶具有较好的粘结性：自身风干即产生一定的粘接强度，但强度较小，如将硅溶胶加入某种纤维或粒状材料中，然后干燥固化即可成坚硬的凝胶结构，会产生较大的粘接性（一般46.7Kg/C㎡左右）。

（4）硅溶胶具有良好的耐温性：一般可耐1600℃左右。

（5）硅溶胶具有自身一般绝缘，但加入石墨等导电材料中，又会具有一定的导电性。

（6）硅溶胶具有较好的亲水性和憎油性：可以用蒸馏水稀释至任意浓度，而且随稀释度的增加，稳定性增强，但加入有机物或多种金属离子中，又可产生憎水性。硅溶胶具有较强的憎油性。此外，硅溶胶具有“高度的分散性”，“较好的耐磨性”和良好的“透光性”等。因此，可作为良好的“分散剂”，“防腐剂”，“絮凝剂”，“冷却剂”和特殊的“光学材料”等。

（7）硅溶胶在很大的pH值范围内是稳定的，在特定的条件下，单独能形成连续的粘附的硬薄膜（如1微米）。在使用中受pH值的影响较少。所以应从实际出发，对于给定的硅溶胶在实际使用条件下，经验的确定使用时的pH值。小颗粒的硅溶胶对酸、碱、盐（强电解质）反应比较敏感。

1.2硅溶胶用途

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

2硅溶胶生产方法

2.1制备工艺

根据不同的工艺路线，制备硅溶胶的方法主要有：离子交换法、单质硅溶解法、直接酸中和法、胶溶法、电解电渗析法等等。其基本原理都是去掉易溶于水的钠离子。根据我公司实际需要，主要介绍以下几种。

2.1.1离子交换法

离子交换法又称为粒子增长法。这种方法采用水玻璃为原料，经过离子交换反应，晶种的制备，粒子增长反应，浓缩，纯化等过程制备出硅溶胶产品。

离子交换法的具体过程为：

(1)离子交换反应

首先将水玻璃用蒸馏水稀释，按一定流速通过阳离子交换树脂层，使水玻璃中Na+与阳离子交换树脂上的H+进行离子交换，并随时取样检查。此时，水玻璃中

2-离子化合成具有活性的聚硅酸溶液稀液流的Na+已被去除，H+与水玻璃中的SiO

3

出。离子交换反应式为：

再把从阳离子交换树脂流出的聚硅酸溶液稀液通过阴离子树脂交换柱，去除液体中的阴离子(C1-)，使体系达到更加稳定的状态。当阴柱流出液中的阴离子(C1-)浓度达到一定数值时，需要NaOH溶液进行树脂再生；而当阳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H+离子取代

RSO3Na+树脂上的Na+，而使树脂再生。这样就得到了高纯的弱酸性聚硅酸溶胶。

经离子交换后生成的聚硅溶液浓度很低、稳定性很差，其pH=2～3，需加入少量的稳定剂如NaOH溶液。加稳定剂必须定量快速的一次性加完。并迅速搅拌，以尽快超越中性区使溶胶很快达到pH=8.5～10.5，即溶液呈稳定状态的区域。

(2)晶种的制备

将上述制得的添加稳定剂后的聚硅酸溶液进行结晶。由结晶学原理可知，要形成一个新的溶胶相，就必须经过2个阶段，即晶核的形成和晶体的长大，2个过程共同影响胶粒的大小。由此得到的含有胶粒的溶液就称为母液。

(3)粒子增长反应

就是晶体的长大，即将聚硅酸溶液按一定速度加入母液中。此步骤关键在于加入聚硅酸溶液的速度，过快或是过慢均不利于形成粒径大小适宜、分布均匀且保证胶粒是逐渐长大的硅溶胶。

(4)浓缩

结晶所得的聚硅酸溶胶中所含二氧化硅的量较低，可采取加热蒸发浓缩、超滤机浓缩、真空减压浓缩等方法进行浓缩。浓缩过程中，要不断取样化验，待达到浓度要求时即可制得硅溶胶。

(5)纯化

上述所制产品含有少量杂质，可用离心分离法除去杂质，制得较纯的硅溶胶产品。

2.2 直接酸中和法

直接酸中和法一般采用稀水玻璃作为起始原料，经过离子交换除去钠离子，然后通过制备晶核，直接酸化反应，晶粒长大等步骤可制得硅溶胶。

(1)离子交换除去钠离子：用离子交换树脂除去原料中的钠离子，制得SiO

2／Na

2

O

重量比较大的稀溶胶，稀溶胶中钠离子含量已较低。

(2)制备晶核：将上步骤制得的稀溶胶加热并停置一段时间，在稀溶胶中逐渐形