硅溶胶制备与应用
材料学院化工一班李彦辉20090583 内容摘要：
硅溶胶是高分子二氧化硅微粒分散于水中或有机溶剂中的胶体溶液，广泛应用于陶瓷、纺织、造纸、涂料、水处理、半导体等行业。介绍了硅溶胶的各种制备方法及几种特殊用途的硅溶胶的制备。阐述了影响硅溶胶稳定性的因素及其性能测试方法。
关键词：无机化学硅溶胶制备硅溶胶应用高分子
正文：硅溶胶是高分子二氧化硅微粒分散于水中或有机溶剂中的胶体溶液。1915年美国人首先用电渗析法制备出SiO2质量分数为2.4%的硅溶胶，硅溶胶得以大规模生产和应用，是在年美国人发明利用离子交换法生产硅溶胶以后。目前硅溶胶已被广泛应用于纤维、织物、纸张、橡胶、涂料、油漆、陶瓷、耐火涂料、地板蜡等行业中。另外其在半导体硅晶片的抛光、水处理、矿物浮选和啤酒、葡萄酒酿造等工艺中也有应用。
自1996年以来，随着电子工业迅速发展，作为硅晶片抛光液的原料———硅溶胶的产量快速增加。瑞士公司在2001年第1季度将它位于Martin的硅溶胶厂的生产能力提高了1倍，达到1.4万t/a。同期，日本Fuso Chemial公司也将它位于东京的硅溶胶厂的生产能力由原来的0.7万t/a提高到2.5万t/a.
从20世纪90年代开始，有机硅溶胶的研究和应用也得到较大发展。有机硅溶胶可应用于非水性体系，如用于制造磁性胶体和记录介质，高技术陶瓷化合物和催化剂载体需要有机硅溶胶特殊用途的改性产品研制也得到快速发展，如日本日产化学工业株式会社提出的用于墨水容纳层和喷墨记录介质的念珠状硅溶胶的制备方法。另外该公司申请的中国专利提供了一种含细长形非晶体胶体SiO2粒子的稳定硅溶胶的制备方法。铝改性硅溶胶的研究也取得了进展，这种硅溶胶的最大特点是体系呈中性时很稳定，而采用碱金属氢氧化物作稳定剂的硅溶胶，在体系呈中性时很快就凝胶
我国硅溶胶的研制和生产始于20世纪50年代，南京大学配位化学研究所、天津化工研究院、兰州化学工业公司化工研究院、青岛海洋化工厂、大连油漆厂、广州人民化工厂等都从事硅溶胶产品的研制和生产，但品种和产量与国外都有很大差距。
2002年11月4~8日，全国无机硅化合物技术与市场信息交流大会在广西桂林市召开，大会认为硅溶胶、层硅、聚硅、气相法白炭黑等将是行业发展的新热点。
【一】硅溶胶制备方法
1.1渗析法
渗析法是用酸中和硅酸钠水溶液，经陈化后，再通过半透膜渗析钠离子。该法缺点是渗析所需时间太长，不适于工业化生产。
1.2硅溶解法
采用无机或有机碱作催化剂，以单质硅与纯水反应来制备硅溶胶的方法称硅溶解法。Joseph等在1950年申请的专利中，利用可溶性有机碱作催化剂，使水和硅粉反应来制备
硅溶胶。其中的有机碱ph值（20~25摄氏度时）为6~12，含1~8个碳原子的脂肪胺或脂环胺，硅粉粒径为80~320目。硅粉在使用前应预活化，除去硅粉表面形成的惰性膜。活化时先用质量分数为48%的氢氟酸洗涤，然后依次用纯水、醇、醚冲洗，最后在氮气保护下干燥。活化后的硅粉与水在胺催化作用下，于20~100温度下反应，可制备粒径8~15mm的硅
溶胶。他们的另1篇专利介绍，硅粉经活化后以氨水为催化剂，通过氨的用量来控制硅溶胶产品的粒径,2份活化硅粉与100份指定浓度的氨水溶液在室温下反应后所得产品的测试结果示于表1。
用氮吸收法、甲基红吸收法和电镜法对胶粒的比表面积进行比较分析，认为此法制成的硅溶胶具有大的孔隙率，此种硅溶胶在碱性介质中解聚率大，适合于室温下与强有机碱反应
张扬正采用质量分数为1%的稀碱溶液与硅粉反应，反应温度控制在65~100摄氏度，产品SiO2质量分数可达30%以上，粒径为15~20mm。使用的碱可以是碱金属氢氧化物、氨、有机碱中的1种，也可根据需要几种碱复合使用。此法与前述的2篇美国专利相比，省去了用强腐蚀性的氢氟酸预活化硅粉的工艺，减少了设备投资，缩短了生产周期，同时也减少了废水排放。采用该法制备的硅溶胶即使冻结也不胶化，避免形成固体的聚硅酸，解决了硅溶胶在寒冷地区使用的冻结问题。
1.3离子交换法
离子交换法生产硅溶胶通常分下列3个步骤：
①.活性硅酸制备
为去除水玻璃中的钠离子，离子交换法一般采用强酸型阳离子交换树脂。根据工艺和硅溶胶纯度的不同要求，可联用弱碱型阴离子交换树脂，以除去体系中的杂质阴离子。水玻璃的SiO2质量分数一般为2%~6%，活性硅酸的pH 值则控制在2~4活性硅酸在室温下不稳定，应尽快地进入到下一步工序，必要时在低温下保存。用过的离子交换树脂应尽快再生，以防残余的硅酸在离子交换树脂柱中形成凝胶。再生时，首先用水清除树脂中残留的硅酸钠溶液，再用质量分数为3%的硫酸溶液淋洗离子交换树脂柱，最后用纯水淋洗到淋出液呈中性，这样处理后的离子交换树脂下次可继续使用。
②.胶粒增长
硅酸的聚合过程并没有完全搞清楚，戴安邦教授对此问题作了大量研究，提出了不同ph值范围内硅酸的2种聚合机理。他认为在水玻璃中不存在简单的硅酸根离子,偏硅酸钠结
构式应因此在溶液内的阴离子只有
这二者在溶液内随着外加酸浓度的增高而逐步地与氢离子结合：
在碱溶液和稀酸溶液内，原硅
酸（30和负一价的原硅酸离子
进行氧联反应，生成硅酸的二
聚体。此二聚体进一步与原硅酸离子作用生成三聚体、四聚体等多硅酸。在形成多硅酸时，si-o-si链也可以在链中部形成，这样可得到支链多硅酸。多硅酸进一步聚合便形成了胶态二氧化硅，也就是所说的硅溶胶。但在强酸溶液中（ph小于2），硅酸根离子的配位数为6，此时硅酸分子和正一价硅酸离子进行羟联反应，形成双硅酸。由双硅酸、三硅酸及多硅酸一直聚合下去，便生成硅溶胶或硅凝胶。
③.稀硅溶胶浓缩
将水玻璃经阳离子交换树脂生成活性硅酸后，一类是先用稀碱稳定，使二氧化硅的物质的量比过氧化钠的物质的量控制在80~100，然后再用下列2种工艺之一进行粒径增长和浓缩。一是粒径增长和浓缩在同一反应器中同时进行（>。另一种是先进行粒径增长，然后再选择合适的工艺浓缩。另一类是将活性硅酸滴加到预先加热的用水玻璃或碱金属氢氧化物配成的稀碱溶液中，控制ph值，进行粒径增长。同样，浓缩工艺可随粒径增长同时进行（，也可先粒径增长后再浓缩。
离子交换法的优点是根据不同的工艺组合可合成不同性能的硅溶胶，缺点是起始原料水玻璃的浓度不能很高，致使后面浓缩过程时间长，能耗大，而且再生离子交换树脂时产生的大量废水需加以处理。
1.4酸中和可溶性硅酸盐法
硅酸钠水溶液用酸中和，根据酸用量的不同，可制备酸性或碱性硅溶胶。中和反应生成的钠盐可通过向体系中加入有机溶剂来进行沉降分离。酸中和法制得的硅溶胶一般杂质离子含量较高，稳定性较差。White采用在体系的ph值和温度均较低的条件下，把乙醇或丙酮等水溶性的有机溶剂加入到硅酸钠和硫酸反应所形成的硅溶胶中，来沉降反应形成的硫酸钠。然后经过滤，用水稀释，减压蒸馏除去有机溶剂，制得室温可稳定几天的硅溶胶。
1.5胶溶法
胶溶法的工艺是先用酸中和水玻璃溶液形成凝胶，所得凝胶经过滤水洗，然后加稀碱溶液，在加压,加热条件下解胶即得溶胶。该法制得的硅溶胶粒径分布较宽，且纯度较低。
【二】硅溶胶稳定性的影响因素
硅溶胶是含有大量水化离子的分散体系，其最大特征是具有巨大的表面自由能，粒子间有相互聚结而降低其表面能的趋势，因此它是一个热力学不稳定体系。然而在一定条件下制备的硅溶胶可稳定相当长时间，这要从硅溶胶胶团的双电层结构来解释：胶团中心的胶粒是由成千上万个二氧化硅分子组成的紧密聚合体，它不溶于水，但可以从周围水溶液中有选择性地吸附某种离子，而反离子则以扩散层形式分布在水中。其中一部分反离子密聚在紧密层，另一部分反离子则在扩散层内。胶核和紧密层一起组成胶粒，胶粒是带电荷的。胶粒和它周围的扩散层所组成的整体就是胶团，整个胶团是电中性的。由于胶粒表面具有相同的电荷，所以彼此间因静电有排斥作用使其具有足够的稳定性。硅溶胶的稳定性受多种因素影响，如电解质、体系的ph值、硅溶胶的浓度、温度等。
电解质对硅溶胶稳定性的影响.电解质对酸性硅溶胶的稳定性影响较小。当
ph小于2时，溶胶的稳定性并不是由于胶粒所带同性电荷在双电层重叠时所产生的排斥能阻止胶粒的互相碰撞聚结，而是在这种条件下，缺少促进粒子接触进行永久聚合的氢氧根。当硅溶胶的ph值大于4时，电解质的加入，使溶胶稳定性减小，并迅速形成凝胶。这是因为此时体系中氢氧根浓度增加促进了胶粒之间的结合；同时电解质的加入，使得胶粒表面所带净负电荷减少，从而加速了硅溶胶的聚结。在碱性条件下，加入电解质（如钠盐）后，由于钠离子将优先被吸附到胶粒表面，代替了原来吸附的氢离子，释放的氢离子会中和体系，使ph 值下降，影响其稳定性。醚等有机溶剂对硅溶胶稳定性的影响。在酸性硅溶胶中，一般醇都具有阻聚剂的性质，使硅溶胶稳定。但当硅溶胶体系为碱性时，只有多元醇（如甘油）起阻
聚作用，而单元醇则变成凝胶促进剂。
碱性硅溶胶中反离子对其稳定性的影响为使胶粒带负电荷，制备硅溶胶时需向体系加
入适量碱，向胶粒表面提供足够的氢氧根。但体系钠离子量过高时，会使胶粒表面净的负电性减弱，胶粒间排斥能减小而引起胶粒聚结。因此针对每一体系中所含其他钠盐的量，都有1个合适的氢氧化钠用量来维持硅溶胶的稳定。
当胶粒表面吸附的阳离子超过它吸收的氢氧根离子时，胶粒表面就由原来带负电荷转为带正电荷。锂离子由于其水合能力强，形成的水合离子体积大，难于接近胶粒表面，因此它最难被吸附。在多价金属离子中，铝离子和钍离子最容易被吸附，只需很低的浓度，就能使原来带负电荷的胶粒转为带正电荷。在碱金属阳离子中，锂离子以反离子作为稳定剂具有独特效果，
硅溶胶的稳定性与其浓度、粒径和温度的关系同样浓度的硅溶胶，粒径越小，由于其胶粒与分散介质间有极大的界面，体系具有大的表面自由能，根据最小自由能原理，胶粒自动聚合的趋势比大粒径硅溶胶要大得多。在粒径相同情况下，浓度越高单位体积内胶粒数量相应增多，由布朗运动导致胶粒之间相互碰撞的机率增加，胶粒相互聚合的可能性增加，硅溶胶的稳定性下降。胶粒在聚集形成凝胶时，粒子间形成硅氧键的速率随温度升高而增加，因此温度升高，形成凝胶的速率增大。
【三】硅溶胶的用途
硅溶胶已在许多领域得到应用，仅举数例：
1.硅溶胶用于陶瓷薄壳精密铸造。用小粒径的硅溶胶代替硅酸乙酯，既降低了成本又改善了操作条件，且制造的薄壳强度大，铸件光洁度好。
2.硅溶胶用作各种硅酸盐材料的粘接剂。具有粘接力强、耐酸和耐高温的特点，在陶瓷、耐火材料工业中被广泛应用。
3.硅溶胶由于有较大的比表面积和催化活性，适合于用作催化剂载体。如美国Sohio化学公司氨氧化法制丙烯腈所用催化剂C41，就是将催化剂活性组分与硅溶胶混合，经喷雾干燥制成的，其活性分布均匀。它能使丙烯腈产率比原来提高40%
4.硅溶胶广泛用于造纸工业。硅溶胶与感光液混合使用，可使纸面平滑，影像鲜明，增大曝光范围。硅溶胶和甘油单硬脂酸等组成混合物可作为玻璃纸的防粘剂。将硅溶胶涂在用于包装袋的牛皮纸或纸板的表面，可增加防滑性，防止包装袋堆放时滑落。
5.用作酒类澄清剂。在啤酒发酵后的溶液中加入酸性条件下稳定的硅溶胶，便能使不纯性离子生成凝聚物，得到的产品清澈透亮。另外它还可用于葡萄酒、米酒和酱油等的生产。
6.硅溶胶用于纺织行业。用硅溶胶和油剂对羊毛进行浸渍或喷雾处理，可改善羊毛的可纺性，减少断头，防止飞花，提高成品率。在轻纺上浆中使用硅溶胶，可提高浆料的附着力，易于落浆，使干燥时间缩短，对减少断头有显著作用。在织物纤维的精加工中，硅溶胶和树脂并用处理纤维制品，则可使制品更加挺阔，提高耐洗涤和耐磨损的能力，还能防止纤维的滑移。
7.硅溶胶用作地板蜡的防滑剂。附着在固体表面的二氧化硅粒子可增大摩擦系数，使地板既有抗滑性又有保持光滑和色泽鲜明的性质。
8.硅溶胶特别适用于做建筑外墙涂料的基料。能使涂层牢固，附着性能好，又有抗污防尘、耐老化、耐火等功能。硅溶胶和刻蚀试剂共用制成的抛光液，可用于硅晶片的抛光。硅溶胶具有高度的分散性，可用作电视机显像管发光材料的粘接剂。
【四】结束语
硅溶胶是二氧化硅的胶体微粒分散于水中的胶体溶液,由硅溶胶的特殊性质和特点出发,
上文讨论总结了硅溶胶的制备方法。作为一种重要的无机粘结剂,硅溶胶被广泛应用于化工、铸造、纺织、造纸、材料、涂料、电子、抗静电剂、催化剂等工业领域。同时对硅溶胶的研究和开发前景进行了展望。
硅溶胶作为一种精细化工产品得到了广泛的应用。随着我国经济的快速发展和世界许多制造业向我国转移，国内硅溶胶的需求，尤其对特殊用途硅溶胶的需求将会逐年增加，因此加强硅溶胶新产品的研发是一项很重要的工作。
硅溶胶的制备方法简述 目前，硅溶胶的制备主要有两种方法，即凝聚法和分散法。利用在溶液中的化学反应首先生成SiO2超微粒子，然后通过成核、生长，制得SiO2溶胶的方法为凝聚法；利用机械分散将SiO2微粒在一定条件下分散于水中制得SiO2溶胶的方法，即分散法。根据使用原料及工艺的不同，上述两种方法可细分成下面多种常见的制备方法。 1.离子交换法 用离子交换法制备硅溶胶的历史较长，1941年首先由美国人Bird 发明，其后发展迅速，到目前为止该项技术被国内外大多数硅溶胶生产企业所采用。该方法通常可分为3个步骤：活性硅酸制备，胶粒增长和稀硅溶胶浓缩。 首先，将稀释后的一定浓度的水玻璃依次通过强酸型阳离子交换树脂和阴离子交换树脂，分别除去水玻璃中的钠离子及其它阳离子和阴离子杂质，制得高纯度活性硅酸溶液。此溶液在酸性条件下不稳定，可用适当的NaOH或氨水调节其PH为8.5-10.5，以提高稳定性。在此步骤中使用的离子交换树脂应尽快再生。避免残余的硅酸形成凝胶，使交换柱失效。然后，将上述硅酸溶液加入到含晶种的母液中，通过控制加入速度和反应温度，使硅溶胶胶粒增长到所需粒径即可。最后将完成结晶聚合过程的聚硅酸溶液进行加热蒸发浓缩，或超滤浓缩，以得到合适浓度的产品。如果要进一步进行纯化，可采用离心分离法除去其中杂质，制得高纯硅溶胶。 可见，此方法本身具有不可克服的缺点：一是起始原料水玻璃受离
子交换的限制其浓度不能太高，这就致使第3部中的浓缩过程较长，能耗大，不利于能源的节约；二是离子交换树脂再生时会产生大量废水，对水的浪费较大且废水处理需要一定的成本；三是该法工艺程序多，生产周期长，反应过程中影响产品性能的因素众多以至较难控制。 2.直接酸中和法 一般采用稀水玻璃作为起始原料，经过离子交换出去钠离子，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SiO2/Na2O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，在稀溶胶中逐步形成数毫微米大小的晶核，与离子交换法中的离子增长反应步骤相似。 (3)直接酸化反应：将稀水玻璃原料及酸化剂（如稀硫酸）持续加入到前述制得的含晶核的稀溶液中，加入过程应注意控制混合液中钠离子的浓度、混合液加热温度、PH值、加入时间等条件。 (4)晶粒长大：上述混合液在控制适当条件下，进行晶粒长大过程，持续长大过程之后，即可制得硅溶胶成晶。 3.电解电渗析法 这是一种电化学方法。在电解电渗析槽中加入电解质，调节电解质溶液的PH值，控制电解电渗析反应的电流密度、温度等反应条件，在制备有合适的电极（如析氢电极、氧阴极）的电解电渗析槽中反应后可制取硅溶胶成品。
无机硅涂料的应用 1、防水涂料 硅溶胶对混凝土、水泥砂浆具有良好渗透力，同时渗透进去的胶体粒子膨胀这就使涂料牢固地粘接在墙上。现在的“立邦漆”等大部分高档乳胶漆都含有硅溶胶。 2、防壁毯装饰涂料 涉及一种呈软包装效果的仿壁毯涂料，用硅溶胶和白乳胶做为助剂，用传统配比制作工艺调配而成，具有良好的软包装饰效果和质感，是目前最新式的高档内外墙装饰材料。 3、种彩色建筑装饰膏 装饰膏中有８３１纤维素，硅溶胶，重钙，多能粉。还可有增塑剂成膜助剂，活化重钙，有机硅乳液等。成膜后表面光滑细腻、硬度高、成本低、工艺简单、适应性强、寿命长。 4、水溶性高光彩瓷涂料 本发明公开了一种水溶性高光彩瓷涂料，由（按重量％计）：硅溶胶３—４，尿素树脂８０，苯丙乳液０．５—１，聚乙烯醇２—３，本发明可以直接用水调节其粘度。无毒、无味、不污染环境，成本较低，附着力较好，色彩丰富，耐磨和耐酸碱。 5、新型水性复合高分子外墙涂料 提供了一种新型水性复合高分子外墙涂料，采用的是二次复合工艺。其组分是硅溶胶、苯丙乳液、各类助剂及颜填料。本涂料既有有机涂料的柔性、又有无机涂料的硬度，涂料软硬适度，耐酸、耐碱、耐高温、耐久性好，施工上墙后同水泥墙面不仅仅表面附着，还形成配位反应，对基层产生渗透，十分牢固。涂膜不产生静电、不易吸附灰尘、耐污染性好、十分有利美化市容。 6、一种防水涂料 提供了一种防水涂料，是乙二醛和硅溶胶作为成膜物质，利用其良好的耐水性能和不透水性，以及对混凝土、水泥砂浆的良好粘结力，并添加了防水剂、早强剂等，使其成为具有一定柔性特征的刚性多功能防水涂料。 7、水性无机双组分富锌涂料的制造方法及该涂料 一种水性无机双组分富锌涂料制造方法及该涂料，该涂料通过将制备好的组分A即粘结剂与组分B即锌粉以1∶2-4的重量比混和而制成，所述组分A的制备包括：1)将含适量锂、钠、钾离子的混合型硅溶胶放入容器加以搅拌，并在搅拌的旋涡稳定的条件下顺序加入总重量比为0.2-10％的硅酸锂，同时不断搅拌，使溶液呈半透明胶体状。该制造方法操作简便、成本低；制成的涂料早期耐水性特好，对基材附着力强且稳定；且无废水、废渣及挥发性气体产生，符合环保要求。 8、一种环保型水性彩瓦涂料及其制备方法 涉及一种环保型彩瓦涂料，其原料为：水份、分散剂、硅溶胶、成膜助剂、杀菌剂。实用而又廉价的产品，必然具有极大的商业价值；3.由于产品无毒、无味、不燃不爆，无论对生产环境的安全、生产和使用人员的集体健康来说都是十分有益的。 9、具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气作用的水性功能涂料 是一种具有自洁、抗霉、灭菌及净化空气作用的水性功能涂料，水溶性树脂或聚合物乳液或硅溶胶以及它们的复合物。该涂料可用于各种混凝土、金属或木质等建筑物的内、外表面，亦可用于家具、办公用具、交通工具等，应用范围。 10、抗日光隔热涂料 涉及一种抗日光隔热涂料，它的组分和含量(重量份)为苯丙乳液7-15、三聚氰胺改性聚乙烯醇粘合剂4-8、聚醋酸乙烯2-20、硅溶胶(液态)3-7、尿素0.3-0.8、粉状硅酸盐纤维1-2、明矾0.3-0.8。它有极好的反射太阳光的作用和隔热保温性能，并且涂层不龟裂、硬度好、表面 11、一种环保型光催化内墙涂料 该涂料的特征在于具有以下各原料组分及重量百分配比：硅丙乳液和聚丙烯酸酯乳液中的一种或两种的混合液为10-35％、硅溶胶为5-15％、纳米级的锐钛矿相或锐钛矿相和金红石相的混合相二氧化钛颗粒，本发明的环保性光催化内墙涂料可有效降解周围空气中污染物质，净化室内空气，特别是对室内的甲醛、甲苯等有害有机物质进行降解，且具有抗菌、自净、消雾等功能。 12、光催化空气净化水性环保内墙涂料 提供一种光催化空气净化水性环保内墙涂料，主要应用于建筑内墙的涂装。其主要特征是以
型号： SW-30 酸性（30°） 指标名称标准检验结果 氧化钠含量Na2O% 0.06 0.045 二氧化硅含量SiO2 30-31 30.35 比重(25℃) 1.19-1.21 1.21 PH值 2.0-4.0 3.0 黏度（mpas）(25℃)≤7.0 6.0 平均粒径（nm）10-20 11.5 性状： 1. 硅溶胶具有较大的吸附性:硅溶胶中无数胶团产生的无数网络结构空隙,在一定条件下能够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:一般为:150-300M2/g. 3. 硅溶胶具有较好的粘结性:因其胶团尺寸均匀,在10-20m/u左右,自身风干即产生一定的粘结强度,但强度较小,如果将硅溶胶加入到某种纤维或粒状材料中,然后干燥固化即可成为坚固的凝胶结构.会产生较大的粘结性。（一般为46.7kg /cm2） 4. 硅溶胶具有良好的耐温性:一般可耐1600℃左右的高温。 5．硅溶胶具有较好的亲水性和较强的憎油性：可以用蒸馏水或无离子纯水稀释至任意浓度，而且随稀释度的增加而稳定性增强；当加入到有机物或多种金属离子中，又可以产生憎油性。 6．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，因此可以做良好的分散剂、防腐剂、絮凝剂、冷却剂等等。 [用途] 1.应用于精密铸造业:代替硅酸乙脂使用,无毒性.不仅可以降低成本,改善操作条件,尺寸精确度高,铸件光洁度好,可使壳型强度大,造型比使用水玻璃质量好.用于铸模的耐高温涂料,可以使涂层具有较好的耐热性,减少高温下熔融金属对模具的损耗,并有助于脱模. 2.应用于涂料行业:能够使涂料牢固,,具有耐水,耐火,耐污,耐高温,涂膜硬度大,色泽鲜艳,不褪色等优点.还可以应用于耐酸,耐碱,防火涂料和远红外线辐射涂料. 3.应用于耐火材料的粘结剂:具有粘结强度高,耐高温(1500-1600℃)等特点. 4.应用于纺织业:可以用做径纺上浆助剂,减少断头率.在织物染色中使用,因具有粘结性,可以形成优良的保护液,增加染色的附着力,等等. 5.应用于造纸业:作为感光纸的处理剂,玻璃纸的防粘剂；其他办公用纸经处理后,可以提高打印效果,使显色更加鲜明. 6.应用于催化剂:在催化剂的生产中,在一定的条件下,作为载体来加速催化速度,以提高生产效率. 7．石油方面的应用:在芳腈类生产中以硅胶单体为催化剂,对提高芳腈回收率开辟了一个新的途径.在石油工业中,用硅溶胶做粘结剂和催化剂. 8.蓄电池中的应用:普通铅酸蓄电池使用寿命短，若使用该产品可以配置成固体蓄电池的电解液，就大大提高了蓄电池的使用寿命；同时，普通电解液硫酸,在机动车急转弯时容易溢出,但固体蓄电池电解液的使用就很好的解决了这个问
硅溶胶的制备 摘要：硅溶胶是高分子二氧化硅微粒分散于水中或有机溶剂中的胶体溶液，广泛应用于陶瓷、纺织、造纸、涂料、水处理、半导体等行业。本文介绍了硅溶胶的各种制备方法及几种特殊用途的硅溶胶的制备。阐述了影响硅溶胶稳定性的因素及其性能测试方法。 关键词：无机化学；硅溶胶制备；硅溶胶应用；综述 1 技术领域 本发明一般涉及适合用于造纸的含水二氧化硅基溶胶(Silica—based sols)。更具体地，本发明涉及二氧化硅基溶胶，它们的制备方法和在造纸中的用途。 本发明提供一种用于制备具有高稳定性、高含量SiO2和提高的滤水(drainage )性能的二氧化硅基溶胶的改进方法。 2技术背景[1, 2] 在造纸领域中，含有纤维素纤维以及任选的填料和添加剂的含水悬浮液(称为纸料)被装人流浆箱，该流浆箱将纸料喷到成型网架(wire)上。水从纸料中滤出，从而在网架上形成湿纸幅，然后在造纸机的干燥段对该纸幅进行进一步的脱水和干燥。 通常将滤水和留着(retention)助剂引人到纸料中，以便促进滤水并增加颗粒在纤维素纤维上的吸附，这样它们与纤维一起被保留在网架上。 虽然高比表面积和一定的聚集或微凝胶形成的程度对性能来说是有利的，但太高的比表面积和大量的颗粒聚集或微凝胶形成会导致二氧化硅基溶胶稳定性的显著降低，因此需要使该溶胶极其稀释，以避免形成凝胶。 国际专利申请公开WO 98／56715公开了一种用于制备含水聚硅酸盐微凝胶的方法，包括混合碱金属硅酸盐水溶液与pH 为11或更小的二氧化硅基材料的水相。该聚硅酸盐微凝胶与至少一种阳离子或两性聚合物一起在纸浆和纸的生产以及水净化中
用作絮凝剂。 国际专利申请公开WO 00／66492公开了一种用于生产包含二氧化硅基颗粒的含水溶胶的方法，该方法包括：酸化含水硅酸盐溶液至pH值为1—4以形成酸溶胶；在第一碱化步骤中碱化该酸溶胶；使碱化溶胶的颗粒生长至少10分钟和／或在至少30℃的温度下热处理该碱化溶胶；在第二碱化步骤中碱化所得到的溶胶；并且任选地，用例如铝对该二氧化硅基溶胶进行改性。 美国专利US 6372806公开了一种用于制备S值为20-50的稳定胶态二氧化硅的方法，其中所述二氧化硅具有大于700 m2／g的表面积，该方法包括： (1)在反应容器中加人阳离子型离子交换树脂(其离子交换能力的至少40％为氢形式)，其中所述反应容器具有用于将所述离子交换树脂与所述胶态二氧化硅分离的装置； (2)向所述反应容器中加人SiO2与碱金属氧化物的摩尔比为15:1至1:1且pH值为至10.0的含水碱金属硅酸盐； (3)搅拌所述反应容器的内容物，直到所述内容物的pH 值为8.5—11.0； (4)用额外量的所述碱金属硅酸盐调节所述反应容器的内容物的pH值至大于10.0 ；并且将所得的胶态二氧化硅与所述离子交换树脂分离，同时将所述胶态二氧化硅移出所述反应容器。 (5)美国专利US 5176891公开了一种用于生产表面积为至少约1000m2／g的水溶性聚 铝硅酸盐微凝胶的方法，该方法包含下述步骤： (a)酸化包含约0.1—6重量％SiO2的碱金属硅酸盐稀溶液至pH值为2—10.5以制备聚酸；然后在该聚硅酸胶凝之前使其与水溶性铝酸盐进行反应，从而得到氧化钥／二氧化硅摩尔比大于约1／100的产物； (b) 然后在胶凝化发生之前稀释该反应混合物至SiO2含量为约2.0％(重量)或更少，以稳定该微凝胶。因此，有利地是能够提供一种具有高稳定性和SiO2含量及改进的 滤水性能的二氧化硅基溶胶。还有利地是能够提供用于生产具有高稳定性和SiO2含 量及改进的滤水性能的二氧化硅基溶胶的改进方法。还有利地是能够提供一种改进滤水的造纸方法。
硅溶胶制备与应用 材料学院化工一班李彦辉20090583 内容摘要： 硅溶胶是高分子二氧化硅微粒分散于水中或有机溶剂中的胶体溶液，广泛应用于陶瓷、纺织、造纸、涂料、水处理、半导体等行业。介绍了硅溶胶的各种制备方法及几种特殊用途的硅溶胶的制备。阐述了影响硅溶胶稳定性的因素及其性能测试方法。 关键词：无机化学硅溶胶制备硅溶胶应用高分子 正文：硅溶胶是高分子二氧化硅微粒分散于水中或有机溶剂中的胶体溶液。1915年美国人首先用电渗析法制备出SiO2质量分数为2.4%的硅溶胶，硅溶胶得以大规模生产和应用，是在年美国人发明利用离子交换法生产硅溶胶以后。目前硅溶胶已被广泛应用于纤维、织物、纸张、橡胶、涂料、油漆、陶瓷、耐火涂料、地板蜡等行业中。另外其在半导体硅晶片的抛光、水处理、矿物浮选和啤酒、葡萄酒酿造等工艺中也有应用。 自1996年以来，随着电子工业迅速发展，作为硅晶片抛光液的原料———硅溶胶的产量快速增加。瑞士公司在2001年第1季度将它位于Martin的硅溶胶厂的生产能力提高了1倍，达到1.4万t/a。同期，日本Fuso Chemial公司也将它位于东京的硅溶胶厂的生产能力由原来的0.7万t/a提高到2.5万t/a. 从20世纪90年代开始，有机硅溶胶的研究和应用也得到较大发展。有机硅溶胶可应用于非水性体系，如用于制造磁性胶体和记录介质，高技术陶瓷化合物和催化剂载体需要有机硅溶胶特殊用途的改性产品研制也得到快速发展，如日本日产化学工业株式会社提出的用于墨水容纳层和喷墨记录介质的念珠状硅溶胶的制备方法。另外该公司申请的中国专利提供了一种含细长形非晶体胶体SiO2粒子的稳定硅溶胶的制备方法。铝改性硅溶胶的研究也取得了进展，这种硅溶胶的最大特点是体系呈中性时很稳定，而采用碱金属氢氧化物作稳定剂的硅溶胶，在体系呈中性时很快就凝胶 我国硅溶胶的研制和生产始于20世纪50年代，南京大学配位化学研究所、天津化工研究院、兰州化学工业公司化工研究院、青岛海洋化工厂、大连油漆厂、广州人民化工厂等都从事硅溶胶产品的研制和生产，但品种和产量与国外都有很大差距。 2002年11月4~8日，全国无机硅化合物技术与市场信息交流大会在广西桂林市召开，大会认为硅溶胶、层硅、聚硅、气相法白炭黑等将是行业发展的新热点。 【一】硅溶胶制备方法 1.1渗析法 渗析法是用酸中和硅酸钠水溶液，经陈化后，再通过半透膜渗析钠离子。该法缺点是渗析所需时间太长，不适于工业化生产。 1.2硅溶解法 采用无机或有机碱作催化剂，以单质硅与纯水反应来制备硅溶胶的方法称硅溶解法。Joseph等在1950年申请的专利中，利用可溶性有机碱作催化剂，使水和硅粉反应来制备 硅溶胶。其中的有机碱ph值（20~25摄氏度时）为6~12，含1~8个碳原子的脂肪胺或脂环胺，硅粉粒径为80~320目。硅粉在使用前应预活化，除去硅粉表面形成的惰性膜。活化时先用质量分数为48%的氢氟酸洗涤，然后依次用纯水、醇、醚冲洗，最后在氮气保护下干燥。活化后的硅粉与水在胺催化作用下，于20~100温度下反应，可制备粒径8~15mm的硅
HX- HX-是胶体二氧化硅的简称，其基本成分是无定型二氧化硅，并以10~20纳米的粒径均匀地分散于水中。其外观为乳白色或青白色半透明状胶体溶液，是一种良好的无机粘结剂，具有无毒、无味、耐高温、隔热、绝缘性能好、比表面积大、吸附力强、热膨胀系数低等优点。 二、的性能 1、具有较大的吸附性：硅溶胶中无数胶团产生的无数网络结构孔隙，在一定的条件下对无机物及有机物具有一定的吸附作用。 2、具有较大的比表面积：比表面积一般为250~300平方/g。 3、具有较好的粘结性：因其胶团尺寸均匀，并在10~20nm左右，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/cm2左右）。 4、具有良好的耐温性：一般可耐1600℃左右。 5、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而稳定性增强。但加入有机物或多种金属离子中又可产生憎水性。 6、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。 三、的用途 1、应用于精密铸造业：代替硅酸乙脂使用，无毒性；不仅可以降低成本，用于制作零件，尺寸精确度高，铸件光洁度好，可使壳型强度大，造型比使用水玻璃质量好；用于铸模的耐高温涂料，可以使涂层具有较好的耐热性，减少高温下熔融金属与模具的损耗，并有助于脱模。 2、应用于涂料行业，能够使涂料牢固，具有耐水、耐火、耐污、耐高温、涂膜强度大、色泽艳丽、不褪色等优点。还可以应用于耐酸、耐碱、防火涂料和远红外线辐射涂料。 3、应用于耐火材料的粘结剂：具有粘结强度高、耐高温（1500~1600℃）等优点。 4、应用于纺织业：可以用做纺织上浆助剂，减少断头率；在织物染色中使用，因具有粘结性，可以形成优良的保护液，增加染色的附着力等等。
万方数据
万方数据
硅溶胶在环保涂料中的应用 作者：张绍敏 作者单位：开封市市政工程设计研究有限公司,河南开封,475000 刊名： 城市道桥与防洪 英文刊名：Urban Roads Bridges & Flood Control 年，卷(期)：2011(9) 本文读者也读过(6条) 1.赵国生.杨保栋.王利民.张春梅.王大保.吴来喜改性硅溶胶在纺织和建筑方面的应用[期刊论文]-上海染料2011,39(6) 2.陈金身.智红梅.黄敬民.常书明.苗富贵.CHEN Jin-shen.ZHI Hong-mei.HUANG Jing-min.CHANG Shu-ming.MIAO Fu-gui超低VOC新型环保涂料的研制[期刊论文]-河南化工2008,25(5) 3.李春芳.李东祥.LI Chunfang.Li Dongxiang硅溶胶型建筑涂料的研制[期刊论文]-山东建材学院学报2001,15(1) 4.嵇胜全.孔凡桃.朱爱萍.钟涛.钱晓燕.JI Sheng-quan.KONG Fan-tao.ZHU Ai-ping.ZHONG Tao.QIAN Xiao-yan苯丙-硅溶胶纳米复合乳液的制备及其性能[期刊论文]-扬州大学学报（自然科学版）2011,14(2) 5.曾丽娟.蓝仁华.ZENG https://www.doczj.com/doc/2619195481.html,N Renhua硅溶胶苯丙复合涂料的研究[期刊论文]-新型建筑材料2005(4) 6.何元高分子乳液在绿色建材中的功效——优质"零VOC"涂料的开发及性能[会议论文]-2008 本文链接：https://www.doczj.com/doc/2619195481.html,/Periodical_csdqyfh201109101.aspx
硅溶胶生产设备 硅溶胶无机高分子涂料是近几年发展起来的。制备该涂料的关键技术是用特殊的方法除去水玻璃中水溶性的钠离子。一般可以用离子交换、酸中和、水分解、电渗析等方法来实现，以生成一种极细的二氧化硅超微粒子胶状水溶液，粒径为580mum（一般乳液颗粒为8001000mum）其中Si2O含量20%30%，Na2O含量0.3%￥，氧化硅和氧化钠的比例在40%以上。以这种硅溶液/胶为基料，配合颜料和各种助剂而制成硅溶胶无机高分子涂料。硅溶液在失去水分时，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随水分的蒸发，胶体分子增大，最后形成-SIO-O-SIO-涂膜：IO-SI-OH+HO-SI-OH因NA2O在硅溶胶中的含量低，硅溶胶具有一定量成膜溶解的特性，其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料。涂膜致密且较硬，不产生静电，空气中各种尘埃难粘附。在目前的建筑涂料中，它的抗污染能力是较强的。 细微的颗粒，对基层有较强的渗透力，能通过毛细管渗透到基层内部，并能与混凝土基层中的氢氧化钙反应生成硅酸钙，使涂料具有较强的粘结力。 但硅溶胶在成膜过程中体积收缩较大，涂膜易开裂。硅溶胶能与丙烯酸酯、醋酸乙烯等乳液任意相溶。两者的特性相互补充，可以配制出性能优良的有机、无机复合涂料。 1、硅溶胶的制备 制备硅溶胶的工艺有：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： （1）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Ma+取代了阳离子交换树脂上的H+。 于是水玻璃中的NAa+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1.141.21Na2O含量0。4%0.5%粘度（涂4）10.9S可存期一年 （2）酸中和法。用酸中和水玻璃时首先选取含有-（CH2）nCH3.R-CH2-R及含亲水基的物质，经过化学反应制得一种产物A，用此产物A 再与钠水玻璃及H2SO4进行反应，最后制提改性水玻璃B。此产物溶于水中的稳定期不少于三个月，失水成膜后，遇水不再溶解。 2、涂料的配制工艺 硅溶胶无机高分子涂料的配制工艺其他涂料没什么特殊区别，只是硅溶胶应慢慢加入，否则涂料将发生质变。可以休取以下的配制工：
硅溶胶的应用 防水涂料 硅溶胶对混凝土、水泥砂浆具有良好渗透力，同时渗透进去的胶体粒子膨胀这就使涂料牢固地粘接在墙上。现在的“立邦漆”等大部分高档乳胶漆都含有硅 溶胶。 本涂料是以聚乙烯缩已二醛和硅溶胶作为成膜物质，利用其良好的耐水性。 和不透水性使其成为具有一定柔性特征的钢性多功能防水涂料。 防壁毯装饰涂料 涉及一种呈软包装效果的仿壁毯涂料，该种涂料采用棉麻、化纤及毛类短纤维做为填充料，用苯乙烯丙烯酸共聚乳液做为粘合剂，氯磺化聚乙烯做为防水剂，用硅溶胶和白乳胶做为助剂，用传统配比制作工艺调配而成，具有良好的软包装饰效果和质感，以及优良的防水、消音特性，具成本价格与普通多彩喷涂内外墙涂料相似，其装饰效果豪华富丽，是目前最新式的高档内外墙装饰材料。 种彩色建筑装饰膏 装饰膏中有苯—丙乳液，复合聚乙烯醇溶液，８３１纤维素，硅溶胶，重钙，多能粉。还可有增塑剂成膜助剂，活化重钙，有机硅乳液等。无毒、无异味，无放射性，粘结力强，耐污染，并有优良的高耐光性、耐候性、不泛黄性，耐碱，耐火、耐湿擦洗等性能。成膜后表面光滑细腻、硬度高、成本低、工艺简单、适 应性强、寿命长。 水溶性高光彩瓷涂料 本发明公开了一种水溶性高光彩瓷涂料，由（按重量％计）：甲组份：硅溶胶３—４，尿素树脂８０，苯丙乳液０．５—１，聚乙烯醇２—３，颜料０．５—１０，苯酚钠０．５，乳化剂０．２—１，消泡剂０．０１—０．０３；乙组份：聚酯树脂９０—９５，ＡＰ２－助膜剂５—１０，苯酚钠０．２组成。本发明可以直接用水调节其粘度。无毒、无味、不污染环境，成本较低，附着力较好，色彩丰富，耐磨和耐酸碱。并且耐高温，有瓷一样的效果。是一种较理想的高光 彩瓷涂料。 新型水性复合高分子外墙涂料 提供了一种新型水性复合高分子外墙涂料，其特征是：将两种或两种以上有机成膜物与两种无机成膜物复合而成的，采用的是二次复合工艺。其组分是硅溶胶、苯丙乳液、聚乙烯醇缩甲醛、改性硅酸钾钠、聚丙烯酸酯乳液、各类助剂及颜填料。本涂料既有有机涂料的柔性、又有无机涂料的硬度，涂料软硬适度，耐酸、耐碱、耐高温、耐久性好，施工上墙后同水泥墙面不仅仅表面附着，还形成
硅溶胶精密铸造的工艺 一、蜡模制作 蜡料处理工艺操作守则 蜡料处理流程： （静置桶I中）静置脱水→（除水桶中）搅拌蒸发脱水→（静置桶II中）静置去污 1 工艺参数 静置桶I 静置温度85－90℃ 静置时间6－8h 除水桶搅拌温度110－120℃搅拌时间10－12h 静置桶II 静置温度80－85℃静置时间＞12h 保温箱保温温度54±2℃保温时间＞24h 2 操作程序 2.1 检查设备、温控仪表是否处于正常工作状态。 2.2 将脱蜡釜回收的旧蜡液倒入过滤槽中过滤；再送到静置桶I中，在低于90℃下静置6－8h。 2.3 静置完毕把沉淀水放掉后，将蜡液倒入除水桶中。 2.4 除水桶中的蜡液，在110－120℃保温并搅拌，使残留水分蒸发，到目视蜡液表面无泡沫为止。 2.5 将除完水的蜡液，经过＜60目筛网过滤再放入＜90℃的静置桶II中，保温静置12h 以上。 2.6 各除水桶、静置桶应定期性的放掉其底部的残留水和脏杂物。 2.7 把静置桶II中处理好的回收蜡液送到模头压蜡机保温桶中，用于主产模头（浇道）。 2.8 根据旧腊料性能和腊料消耗情况，不定期的在静置桶II中适量加新蜡，一般在3%－5%左右。 2.9 将合格的蜡液灌入保温箱内的蜡缸中，为减少蜡缸内蜡液中的气体，先保持一段高温时期80℃/2h后降至54℃。在54±2℃下保温24h后，方可用于压制蜡模。 3 注意事项 3.1除水桶，静置桶均应及时排水、排污。
3.2经常检查各设备温控仪表的工作状况，防止失控，尤其应防止温度过高造成蜡料老化。 3.3每月检查一次蜡处理设备各导热油的液面位置，油面应距设备顶面200㎜左右，防止油溢出。并注意检查设备有无渗油现象。 3.4经常检查环境状态，避免灰尘及外来物混入蜡料中。 压制蜡模工艺操作守则 1 工艺要求 室温24±3℃ 蜡缸温度54±2℃(大件应根据工艺要求设定) 射蜡嘴温度57－64℃ 压射压力 4.2Mpa(42kgf/cm2） 保压时间5－15s 冷却水温度＜10℃ 2 操作规程 2.1 检查压蜡机油压、保温温度、操作按钮等是否正常。按照技术规定调整压蜡机压射压力、射蜡嘴温度、保压时间、冷却时间等。 2.2从保温箱中取出蜡缸，装在压蜡机上，放出上部混有空气的蜡料。 2.3 将模具放在压蜡机工作台面上，调整射蜡嘴使之与模具注蜡口高度一致，检查模具所有芯子活块位置是否正确，模具开合是否顺利。 2.4打开模具，喷上微薄一层分型剂。合型，对准射蜡嘴。 2.5双手按动工作按钮，压制蜡模。 2.6抽出芯子，打开模具，小心取出蜡模。按要求放入冷却水中或放入存放盘中冷却。并检查有下列缺陷的蜡模应报废： （1）有严重气泡的蜡模；（2）棱角不清晰的蜡模； （3）变形不能修复的蜡模；（4）尺寸不符号规定的蜡模。 2.7清除模具上残留的蜡料，注意只能用压缩空气吹净模具分型面、芯子上的蜡屑、脱模剂，不准用金属刀具去铲刮型腔、抽芯。慎防损害模具型腔部位。 2.8按以上各条进行下一次压制蜡模，以后往复循环生产。 2.9及时将蜡模从冷却水中轻轻取出，用压缩空气吹净蜡屑及水珠，并进行自检，将合格蜡模正确放入存放盘中。 2.10每班下班或模具当班生产完毕后，应用软布等清理模具。如发现模具有损伤应立即报告领班，由领班处理。并清扫压蜡机、工具及现场，做到清洁、整齐。 3 注意事项 3.1压制蜡模时，首先必须进行首件检查，确认合格后，方可进行操作。压制过程中不能轻易变动压制参数。 3.2使用新的模具时，务必弄清模具组装、拆卸顺序，蜡模取出方法。 3.3蜡模存放时，应注意搁置方向，防止变形。需要时可采取卡具等措施，以避免蜡模变形。
硅溶胶的制备及其影响因素-化工
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硅溶胶的制备及其影响因素-化工 硅溶胶的制备及其影响因素 张翠李绍纯金祖权赵铁军 （青岛理工大学土木工程学院，山东青岛266033）【摘要】硅溶胶是二氧化硅的胶体分散于水中或溶剂中的一种胶体溶液，具有一系列优异的性能，广泛应用于涂料、纺织等行业。本文综述了以正硅酸乙酯为原料采用溶胶-凝胶法制备硅溶胶的过程及稳定性的影响因素。 关键词硅溶胶；正硅酸乙酯；稳定性；溶胶-凝胶法 【Abstract】Silica sol is a colloidal dispersion of silica in water or solvent in a kind of colloid solution, Silica sol has many excellent performance, thus it widely used in paint, textile and other industries, the ethyl silicate as the raw material is to be the reaction of silica sol prepared by sol-gel method process and the influence factors of stability are summarized in the paper , in order to make certain directive significance to the design process of silica sol. 【Key words】Silica sol; Ethyl silicate; Stability; Sol - gel method 0 引言 硅溶胶是二氧化硅的胶体粒子分散于水中或溶剂中的一种胶体溶液，又名硅酸溶液或二氧化硅水溶液[1]。根据pH值的不同硅溶胶分为酸性硅溶胶和碱性硅溶胶。其基本成分为无定型的二氧化硅，分子式mSiO2·nH2O，胶团结构如图1所示。
硅溶胶凝胶化过程的研究 摘要：溶胶—凝胶技术是一门新兴技术，通过对溶胶凝胶化过程的控制，可获得所需制备工艺的最佳条件。研究表明：硅溶胶的粘度、ζ电位及凝胶化过程都与其酸碱度有密切的关系，凝胶化过程发生在pH为4～7之间。 关键词：硅溶胶、凝胶化、制备 自20世纪80年代以来，溶胶凝胶技术在薄膜、超细粉体、复合功能材料、纤维及高熔点玻璃的制备等方面展示了广阔的应用前景。溶胶凝胶过程的应用价值在于它具有纯度高、均匀、处理温度低、反应条件易于控制等优点。硅溶胶是无定型SiO2粒子在水中的分散体系，根据pH值大小可分为酸性及碱性硅溶胶。由于硅溶胶中的SiO2粒子具有较大的表面活性，经过表面改性又能与有机聚合物混溶，因此被应用于有机及无机材料的粘接剂。硅溶胶能赋予陶瓷材料以凝聚结合，这种凝聚结合相具有沸石类矿物的基本特征，即它的失水温度范围宽，失水不仅不破坏结合强度，还会使三维结构更加稳定，而使强度上升。硅溶胶的性质比较复杂，SiO2的浓度、粒子大小、比表面积、体系的分散度、温度、熟化程度及体系中的微量组分的性质等因素都会影响硅溶胶的性能。硅溶胶的凝胶动力学可以人为控制，从而可以提供可靠的凝胶化工艺。另外，溶胶凝胶化工艺几乎不带入有害杂质，对于制备特殊用途的材料是非常有利的。所以近几年来硅溶胶在材料科学中被广泛应用。但是国内对硅溶胶的结合机理的研究还不够系统深入，将来仍需系统、定量研究硅溶胶的凝胶动力学。 1．试验 1.1．原料 江苏某地产硅溶胶，SiO2质量分数为25％；Na2O浓度小于或等于78×10-6，pH为4.0，ρ为1.16g/cm3；化学试剂：HAc，NH4OH，蒸馏水等。
硅溶胶制造工艺中的涂料配制工艺 硅溶胶是一种优质硅溶胶模铸造用水基粘结剂，生产用于所有层（面层和背层）。硅溶胶易配制成高粉液比的优质涂料。涂料稳定性好。用硅溶胶制成的壳体不需要化学硬化，型壳制造过程无空气污染。 2.2.1 硅溶胶涂料的配比原则 控制涂料粘度以达到稳定制壳质量的目的，配制时按当时的实际情况，当零件壁薄、复杂或带有深陷时，涂料粘度取下限，反之取上限。 1.配制工艺 按涂料的配方取一定量的耐火材料、润湿剂、消泡剂，先将润湿剂及消泡剂加入涂料桶中，然后加入硅溶胶，开始搅拌，在不断搅拌过程中加入耐火材料，待全部加入完后，继续搅拌6h～12h，稳定后测其粘度，过高加硅溶胶稀释，过小则加入一定量的耐火粉料补充，直至粘度合格为止。 2. 硅溶胶涂料液的制壳工艺 3.制壳场地工艺参数 涂料间温度：22℃～25℃；相对湿度45%～65%；通风条件：良好。 4.涂料工艺过程 将清洗好的蜡模（要求干燥后）慢慢浸入L型涂料搅拌桶中，并转动上下移动，让涂料充分并均匀湿润模组后，取出慢慢转动至无涂料堆积、滴落现象时再挂砂，使砂粒均匀附于涂料之上，每层涂料的粘度、撒砂粒度要求（见表3）。面层涂料时要用专用筛网过滤涂料中的砂粒等杂质，以防止模壳中产生砂粒等脱落而造成铸件夹灰夹砂。 表3 硅溶胶涂料的性能要求 5.硅溶胶铸造每层型壳的干燥过程 硅溶胶在干燥过程中必须严格控制温度，相对湿度及空气流速等，具体工艺参数（见表4）如下。 表4 硅溶胶型壳工艺参数
当环境温度和相对湿度不易调整时，可控制为一定相对稳定额数值：温度为22℃～25℃；湿度45%～65%。 6.模壳脱蜡工艺 采用水浴脱蜡，水温90℃～95℃，脱蜡时间≥20min，以防止水沸腾造成砂粒或涂料进入模壳中。 7.模壳的自检 模壳的自检由操作工自己完成，当有分层、走泡、开裂、烂头者为不合格，浇口中有多余的涂料，不均匀附着者必须除去，否则为不合格。 8.脱模槽清理 每次脱模结束后将蜡水放出浇成蜡锭，浇蜡锭时要用要用160目～200目的筛网过滤去除蜡液中渣滓，并将槽中的水全部放掉并将脱蜡槽打扫干净，下次脱蜡时重新加入清洁的水。 9.焙烧工艺 9.1 单壳焙烧 模口朝下，放置于炉膛内，焙烧温度900℃～1050℃，到温后保温1h～2h后开始取出浇注；当需要装箱时待小于450℃出炉、装箱。 9.2 装箱焙烧 认真仔细检查模壳质量，凡有型腔开裂、剥落、起皮等现象不予装箱。清除浇口翻边及浮砂，模壳口朝下，四周均匀拍摆模壳，清除夹灰、夹砂及型腔表面的浮尘。用压缩空气吹净型腔内夹灰及其表面浮尘100%进行清水清洗模壳型腔，去除内部渣滓。再次轻轻拍摇模壳后装箱，填砂后用石棉板盖住浇口并用两半缺口的石棉板盖住砂箱上口（石棉板大小保证盖满整个砂箱上口并伸出挡砂箱爆皮的边沿）,以防止焙烧至浇注过程中砂箱爆皮落入模壳中而造成铸件夹灰。如有浇口损坏，杯口有砂粒外露者，则停止使用，经修补并经检验合格后方再次使用。小于450℃装箱，箱式电阻焙烧炉焙烧至900℃，保温2h后方可浇注。 10.结束语 精密铸造硅溶胶模壳制造工艺能满足优质铸件的生产要求。多年来的生产实践充分证明精密铸造硅溶胶模壳制造工艺是成熟的，为生产合格模壳和精密铸件提供技术保障。 国际铸业网
第２３卷总第４６期 ２００２年１２月西北民族学院学报（自然科学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔＭｉｎｏｒｉｔｉｅｓＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｖ０１．２３．Ｎｏ．４Ｄｅｃ．，２００２ 硅溶胶的应用研究 乌兰 （西北民族学院化学系，甘肃兰州７３００３０） ［摘要］硅溶胶是二氧化硅胶体粒子在水中均匀扩散形成的胶体溶液，是一种用途广泛的新型化工原料．随着制造技术的进步和对胶体二氧化硅粒子表面性质的深入研究，硅溶胶在科研及各工业领域的应用范围日益扩大． ［关键词］硅溶胶；应用；进展 ［中图分类号］０６１３．７［文献标识码］Ａ［文章编号］１００９—２１０２（２００２）０４—００１９—０２ 矿驴矿护、护＿。护扩矿扩矿矿驴矿扩扩驴扩扩＿８驴矿扩矿矿矿扩驴扩矿矿扩ｑ。妒扩扩扩矿护矿矿矿ｑ尹 硅溶胶是二氧化硅胶体粒子在水中均匀扩散形成的胶体溶液，是一种用途广泛的新型化工原料．自英国人首先应用于工业方面以来，随着其制造技术的进步和对胶体二氧化硅粒子表面性质的深入研究，硅溶胶在科研及各工业领域的应用范围目益扩大．特别是近几年来无机高分子建筑涂料的兴起，更为硅溶胶的大量应用开辟了广阔的市场． １硅溶胶的特点硅溶胶在科研及各工业领域的广泛应用与它的特点有着密切关系．从硅溶胶的性质出发可发现以下特点：［１｜ １）无需固化剂，自身可牢固地附着在固体表面并形成坚固的膜，同时成膜温度很低． ２）附着在固体表面的二氧化硅粒子可增大摩擦系数． ３）通过干燥或烧结可形成固态凝胶，因而具有一定的耐久性．‘ ４）既可形成具有表面积大及均匀细孑Ｌ的凝胶，又可均匀分散粉料，增加悬浮体的稳定性． ５＞通过ＳｉＯＨ基和吸附水可提高润湿性和防止带电的性能． ６）可浸入充填到多空性物质中，使表面平滑． ７）通过均匀混合微粒，可使有机树脂进行机械、光学及电性能方面的改性增强． ８）溶胶系液状能进行均相反应．以硅溶胶代替二氧化硅作原料进行反应，可提高反应速度． ２硅溶胶的应用 由于硅溶胶的上述特点，硅溶胶已被广泛应用于精密铸造、纺织、造纸、材料、涂料、抗静电剂、催化剂等方面． ２．１铸造业【２１陶瓷薄壳型（熔模）精密铸造法，就是由于使用了硅溶胶才蓬勃发展起来的．用硅溶胶代替硅酸酯可降低成本，改善操作条件．用小粒子直径硅溶胶制造的薄壳强度大、光洁度好，可大大提高铸件质量和尺寸的精密度．在作为Ｃ０２型涂模剂中添加硅溶胶，可提高展性，增加砂型强度． ２．２纺织工业…硅溶胶用于纺织工业后，显示了难得的经济效果．硅溶胶与油剂并用，对羊毛进行喷雾或浸渍处理，改善了羊毛的可纺性，减少了断头，防止了飞花，提高了成品率．如果在经纱上浆中使用硅溶胶，则 ［收稿日期］２００２—１０—３０ ［作者简介］乌兰（１９７３一）。女（蒙古族），内蒙古兴安盟人，讲师，从事高分子产品的合成及应用研究． ．一１９— 万方数据
硅溶胶的物理与化学 性质
精品资料 硅溶胶的物理与化学性质硅溶胶是二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶体溶液，又叫做硅酸溶液，或二氧化硅水溶液，是一种用途广泛的新型化工原料。硅溶胶的外观为乳白色半透明的胶体溶液，多成稳定的碱性，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 50~400m2/g，粒径范围一般在5~100nm，即处于纳米尺度，与一般晶粒为 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： 式中：m ，n很大，而且m< 铸造用硅溶胶一般二氧化硅30%： A.台湾荣祥工业 基本物理化学 矽溶胶/矽酸胶 性质主要成份 其他成份有机补强剂 二氧化硅含量25% 粒径7~8 mm pH at 25°C 9~10.5 比重 1.17 黏度<10 cps 氧化钠含量0.4% 带电性负电 颜色白色 规格RS-PⅡ、RS-P、RS-E型硅溶胶应用在精密铸造业简介 一种添加树脂增加湿态强度、乾燥速度。增效型的硅溶胶！为奈米级的有无机复合材料！ PⅡ/P/E依序通常用于面层/2、3层/背层，树脂量由高而低。 PⅡ/P/E型硅溶胶是一种复合型的硅溶胶，为一综合有机/无机黏结剂优点为一身的新型黏结剂。适用于各种精密铸造的应用，使用P型硅溶胶会有下列几项优点： *良好的润湿性 *较低沙浆黏度 *较短滴滞时间 *降低壳模材料的使用量 *缩短壳模的乾燥时间 *更佳的湿态强度 *更薄的壳模厚度 实际的效果会因壳模的种类、大小、应用而有所不同的表现。 典型的沙浆调制(10公升) 64.5%耐火材料(耐火材料约63.0~66.0%) RS-PⅡ型硅溶胶：5.92 KG 120~200MESH熔融石英：5.38 KG or 140MESH熔融石英：10.75 KG 黏度：14~18 sec 3号詹氏杯 浆密度：1.65~1.69 g/ml *以上仅供参考，各厂应视各家的需求，自行调配比例。 使用建议： a. 使用前，请先搅拌。关于简易型的活动搅伴叶片，请洽本公司服务部。 b 泡新浆时建议不用再加水了，但补充自浆桶散失的水份是必要的。 . c. pH维持在9.0~10.5之间。 d . 维持固定的粉液比。 e. 浆桶的温差不要超过±3°C，沾浆室的温差不要超过±6°C。 f. 壳模乾燥室的温度要维持定温，相对湿度可以降低至20%~60%，风速可提高 至1.3~2.0 m/s，减少乾燥的时间。 g . 若使淋砂机和RS-PⅡ/P时，砂子的粒径要小于30MESH，附着力才会好。 h . 若用压力锅脱腊时，用乾蒸气升压至 5.5bar(80psi) 要在10sec内完成；降压时，时间要超过 2 min。 硅溶胶RS-PⅡ,RS-P,RS-E型是一种添加树脂，在精密铸造行业中，常当做优质的粘结剂。大量使用，所制的壳模具有高温强度高、光洁度好、尺寸精度高等优点。本公司生产的硅溶胶中约有60%应用于此行业，通常使用产品为RS-30/RS-30S和快乾型FS-30A/FS-25B硅溶胶。 本公司精密铸造专用硅溶胶分有面层RS-30S和背层RS-30硅溶胶。面层硅溶胶粒径较小，有利于提高浆料的粉液比和致密性，能有效提高铸件表面品质；而背层硅溶胶则粒径稍大，更注重强度性能。经专家测定，其高温强度明显高于国内其他厂家所生产的产品，和美国Nyacol、日本Nisson公司等产品相仿。 B.精密铸造专用硅溶胶 一、应用领域 本品是为精密铸造专业设计的一款硅溶胶产品，特别适合于面层。用其制备的型壳具有表面光洁度高、高温强度高等优点，显著提高铸件的良品率。 二、性能指标 指标名称标准 SiO2含量(重量) 25-28% 粒径10-15nm 外观透明液体 pH值9-10 保质期(月) ≥12 三、使用说明 在搅拌桶中先加入润湿剂和消泡剂，然后加入硅溶胶，搅拌均匀，然后在不断搅拌中加入耐火粉，继续搅拌至体系充分稳定，测量其粘度，若体系粘度过高，则加硅溶胶稀释；若体系粘度过低，则加适量耐火粉，直至粘度适合。 四、包装及储存 1．采用聚乙烯塑料桶包装，主要包装规格有25Kg、250Kg。 2．贮存时应避免曝晒，贮存温度为0-40℃。低于0℃则产生冻胶失效。 3．避免敞口长期与空气接触。 一、当前国内精密铸造面临的机遇和挑战 中国精密铸造业从20世纪90年代初起，进入了一个飞速发展的时期.经过十几年的稳步发展现已成为亚洲地区生产规模最大,专业化程度最高,辅助材料最为齐全的精铸产品生产基铸造用硅溶胶
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