硅溶胶(英文名称:Silica solution)属胶体溶液,无臭、无毒。硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液。由于硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基,故硅溶胶也可以表述为SiO2.nH2O。
制备硅溶胶有不同的途径。最常用的方法有离子交换法、硅粉一步水解法、硅烷水解法等。
基本信息
硅溶胶的离子交换工艺为美国的NALCO公司在上世纪40年代开发,后由美国杜邦公司等在五,六十年代完善,为最成熟也是最为广泛使用的工艺。该工艺对水玻璃、离子交换树脂等材料以及操作工艺有一定的要求,而这些正是国产品的弱势。相对来说,硅粉一步水解法的工艺比较简单,在国内被广泛使用。然而,用该法制备的硅溶胶通常颗粒大小在10-20纳米左右,颗粒间的界面不清晰,形貌为非球形且无法控制,颗粒间的界面不清晰,故通常只是被大量使用在铸造等行业,而在精密抛光,催化剂等许多要求更高的领域则无大建树。 与国际知名硅溶胶品牌相比,国产硅溶胶的主要缺点为杂质含量高、颗粒大小无严格控制、颗粒比表面不受严格检测、二氧化硅的浓度低、酸性或中性条件下稳定性差、使用周期短、或多或少带点颜色、品种少等等。国际知名硅溶胶品牌有杜邦以及格雷斯的LUDOX系列。
性状
硅溶胶属胶体溶液,无臭、无毒,分子式可表示为 mSiO2nH2O.
1.由于胶体粒子微细(10 - 20nm),有相当大的比表面积,粒子本身无色透明,不影响被覆盖物的本色。
2. 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。
3. 当硅溶胶水份蒸发时,胶体粒子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。
用途
1. 用作各种耐火材料粘结剂,具有粘结力强、耐高温(1500°C-1600°C), 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
技术指标
制备硅溶胶的工艺
离子交换树脂处理硅酸钠稀溶液的方法;用硫酸中和水玻璃稀溶液的方法;水解硅酸酯的方法等等。其基本原理都是去掉易溶于水的钠离子。举例如下:
离子交换法
a 离子交换树脂。阳离子交换树脂采用强酸性苯乙烯阳离子交换树脂;阴离子交换树指采用弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂。
b 生产工艺
将模数为3.5的硅酸钠溶液用水稀调整至含SiO24%,Na201.15%;将液通过填装阳离子交换树脂的闪换柱,得含SIO23.6%,NA200.005%,SiO2/Na2O摩尔比703,PH值2.5的硅酸胶稀液。
离子交换是一个平衡反应,反应的过程是:当把含有Na+的硅酸溶液通过交换树指时Na+取代了阳离子交换树脂上的H+。
于是水玻璃中的Na+已被除去,H+阳离子与硅离子与硅酸钠中的SiO3生成具有活性的硅溶胶稀溶液流出。
硅溶胶的离子交换质量与下列因素有关:
树脂再生的程度、平衡性质、树脂的高度、流入深度、离子大小等。
把通过阳离子交换柱的硅溶胶稀深再通过弱碱性阴离子树脂交换柱,去除液体中的阴离子CL-,以达到更加稳定的状态。以交换柱流出来的稀硅深胶浓渡很低,需进行浓缩,为了防止浓缩时胶凝,浓缩前必须迅速加入稳定剂。稳定剂常的为MOH(M为L,Na,K,Rb,Cs,NH4.NH2等)稳定剂的用量应该恰当,若小于SiO2摩尔数的1%则难于起到稳定作用;若超过5%则将降低制品的纯度。取5kg上述硅溶胶用10%NAOH溶液调PH值至78。取900g调整液注信减压器中进行真这减压浓缩。并以保持容器内液面恒定为原则,徐徐加入剩余的4100g调整液。浓缩温度保持78℃,最后制得900g含SiO220%,Na200.33%PH为9.6的硅溶胶,其平均粒径约16mum。
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H9+取代树脂上的Na+。而使离子交换树脂的活性基团氧化,使树脂再生,恢复交换能力。再生后和离子交换树指必须用蒸馏水冲洗至规定的PH值为止,备下次使用。
硅溶胶的技术性能:
SiO2含量地20%-30%(以H2SiO3计含量>26%)
水分70%-80%
比重1.14-1.21
Na2O含量0.4%-0.5%
粘度(涂4)10.9S可存期一年
硅溶胶生产的浓缩阶段,是一项耗能大、周期长的工艺环节。传统的浓缩手段,一般采 用减常压法脱水,使之得到所需浓度的硅溶胶。
从硅溶胶所表现出的pH值不同,硅溶胶又分为碱性硅溶胶和酸性硅溶胶。它们都是重要的精细化工产品,具有不同的重要用途:如碱性硅溶胶在精密铸造,外墙涂料等领域应用;酸性硅溶胶在彩色显像管、胶体铅酸蓄电池,以及从国外引进的静电植绒技术上应用等。
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