硅溶胶的生产与应用分析

硅溶胶的生产与应用分析

张浩

(石家庄双联化工有限责任公司，河北石家庄050200)

应用科技

c}裔要】作为—种优良的无积硅化物产品，硅溶胶被广泛应用于化工、铸遗、纺织、造纸、材料、涂料、电子、抗静电荆、催化弃】等工业。硅溶胶的制备工艺将哙唷大的发展，硅溶胶的应用将哙涉入新的辉煌。

联键阃硅溶胶；生产；应甩

1硅溶胶的性质

硅溶胶外观为乳白色半透明的胶体溶液，多呈稳定的碱性，少数呈酸性。硅溶胶中Si 02的浓度一般为109'o 一35％，浓度高时可达500／o 。硅溶胶粒子比表面积为50—400m 2／g ，粒径范围一般在5—100ri m ，即处于纳米尺度，与一般粒径为o ．1—10u m 的乳液相比，

其颗粒要小得多。

硅溶胶的胶团结构用以T l "k 学式表示

—口SiO —#n D 墨j Q ：)垫=塑旦堂至!堂

胶核

吸附层

扩散层

胶撞噬离丑

胶团一

m ，m ，很大，且m <

硅溶胶具有许多特殊的性能：

1)硅溶胶胶团为纳米级，直径一般为10—100nm ，因而具有较

大的比表面积和吸附能力。

2)硅溶胶具有较好的粘结性，在硅溶胶中加入某些纤维或粒状材

料，干燥固化可成坚硬的凝肜建吉构，会产生较大的粘接性。

3)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，且随稀释度的增加，稳定性增强；但加入有胡物或多种金属离子后又可产生憎水性。

此外，硅溶胶还具有高度的分散性，较好的耐磨性和良好的透光性等特点。由于硅溶胶有以上这些优良性质，并且对人类环境无害。各

行业对硅溶胶的需求日益增丸

2硅溶胶的制备

按工艺分硅溶胶的制备方法主要有：离子交换法、单质硅水解法、电解电渗析法、酸中和法、胶溶法、聚合溶胶法等。目前，大规模生产

的是离子交换法和单质硅水解法。

21离子交换法

离子交换法又称粒子增长法。用水玻璃为原料，阳离子交换反应

制得活性硅酸溶液；调节硅酸溶液pH 值，陈化制备晶种；向含晶种的

母液中添加硅酸溶液使晶种生长，纯化浓缩得睦溶胶产品。每个步骤对

硅溶胶品质有直接的影响，制备均匀性良好的晶种是制得优质硅溶胶的

基础，晶种生长阶段要严格控制硅酸溶液加入量，使体系中硅酸浓度始终处于最低成核浓度和饱和浓度之间，防止产生新的晶核，实现单纯的粒径增长。

22单质硅水解法

单质硅水解法以工业硅粉为原料，在催化剂存在并加热情况下，单质硅直接水解成硅酸并聚合得到聚合硅酸，最后经浓缩制得硅溶胶成

品。

．

单质硅水解法克服了离子交换法原料水玻璃中杂质对硅溶胶品质

的不利影响，是一种具有研究开发价值的制备方法。该方法的优点是硅

溶胶成品中杂质含量少，产品指标易控制，胶粒外形圆整均匀，结构致

密，硅溶胶的稳定性也较好。

3硅溶胶的应用

3．1硅溶胶在铸造行业中的应用

硅溶胶在铸造行业中可用作制做陶瓷模壳的粘结剂。用于薄壳精密铸造时，可使壳型强度高、尺寸精爱高、铸件光洁度好，造型圪水玻璃质量好，又比硅酸乙酯价廉。对大型铸件，表面光洁度要求高的铸件

以及要求无余量或少余量的铸件尤为适用。把硅溶胶用作铸模的耐高温

涂料，可使涂层具有良好的耐热性、耐磨性，可以减少高温下熔融金属

对模具的损耗，并有助于脱模。

3．2硅溶殷在纺织上的应用

硅溶胶与油剂并用，对羊毛进行喷雾或浸渍处理，改善羊毛的可纺性，减少断头，防止飞花，提高成品率。如果在经纱上浆中使用硅溶胶，则可使浆科分散良好，提高浆料附着力，特别对减少断头有显著作用。倘若把硅溶胶并用于树脂处理中，则可防止合成纤维的滑移，使制

品更加挺括，增强耐洗涤和磨损的能力。硅溶胶用于合成纤维登山绳可

增加单纤维间的磨损，提高强度，减少伸长。在单纤维磨损系数低的合成纤维中，若用硅溶胶改质则可大大嚏勤Ⅱ回弹性和体积膨大的感觉。硅

溶胶还面肖除合成纤维特有的光泽，既不会刚氏强度，又能防止脱毛。

33硅溶胶在造纸业t 的应用

硅溶胶作为助留助滤剂，在造纸工业中能显著改善网部的滤水性，提高压榨部的脱水速度，大大提高首程留着率和纸张匀度。

3．4硅溶_|I 交在催化荆方面上的应用

Si 02浓度40％的硅溶胶，已被成功地用于生产丙烯腈催化剂C 一41的载体。其它还有甲基丙烯酸甲酯的合成，碳氢化合物的氯化，醇类的脱氢等的催化剂均可用其作载体。

35硅溶肢在涂料工业中的应用

当前外墙涂料成膜物主要为有机乳液，挥发性后有大量的有机残

留。随着人们环保意识的加强，开发对环境无害，甚至有一定环境协调

功能的外墙涂料显得非常迫切。硅溶胶作为成膜物很大优势，随着水分的挥发，Si O ：f 2--T -间能形成牢固的S ．卜。键而成为连续涂膜。硅溶胶用作外墙建筑涂料，具有耐水、耐候、耐火、耐污、耐高温、涂膜硬度大、色泽鲜艳、不褪色等比点，可用于耐酸、耐碱、防火、防水和防红外线辐射涂丰斗o

3．6硅溶黢在陶瓷制造中的应用

先进陶瓷材料在高温、高机械强度和重腐蚀环境等苛刻条件下有

比金属和高分子材料更优越的性能，被广泛应用于各个领域。但是烧成后陶瓷部件的加工难度大，工艺复杂加工成本高，限制了其应用。成型

工艺作为制备先进陶瓷材料的关键技术，一直受到高度重视。有人提出将硅溶胶的凝胶特性运用于陶瓷胶态成型中，把硅溶胶与陶瓷粉料混和

制备得至Ⅱ浆料，通i 妊隧胶凝胶化反应生成的s_稍l 网络空间结构

从而实现浆料的固化，制备出具有一定强度和微观结构均匀的陶瓷坯

体。该方法成型得到的坯体具有较高的强度}哟匀的显微结构，并且该

方法还具有毒性低，固化速度快等优点。

3．7硅溯僦荆黼子

将大粒硅溶胶作单晶硅抛光剂，不仅效果好，而且抛光速度快。

他们以水玻璃为主要原料、采用多次生长法，低电位生长、高电位陈化等控制过程，生产出具=I H -4<同粒径、稳定的碱性单分散硅溶胶产品，并实现120nm 大粒径硅溶胶的可控生长，突破大粒径的难题，并采用离子交换法对产品进行处理，使其金属离子含量降到10—6级，达到了微电子工业对相关耗材的要求。

强硅溶胺可作澄清荆

硅溶胶可作为酱油和米酒的澄清剂。A Z 电子材料美国公司在中国申请的—份专利中指出酸性阴离子磋溶胶是—种极好的用于澄清和稳定

液体食品的试剂。

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