硅溶胶的制备及其在涂料中的应用
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第４ ４卷第 １ 期 １ ２０ ０ ６年 １ 月 １
上海涂料
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Ｖ １４ ０ ． ４Ｎ ． １ ｏ １ Ｎ ｖ ２ ）６ ｎ ． （ ） （
专论综 ｊ 。 述 ｜ 。 ‘ ，
的浓缩过程较长 ， 能耗大 ， 不利于能源的节约；二
【 收稿 日期 】 （ 一 ８ ｌ ２ ０ 一 ６ 【 作者简 介 】 田立朋 ， ， 师 ， 男 讲 在读博士生 ， 究方 向为功 研 能矿物材料。
从 上述反应得到 的双硅酸正一 价阳离子可继 续与硅酸分子反应 ， 生成ｊ硅 酸直至多硅酸 ， 进而 形成硅溶胶或硅酸水凝胶 。 Ｈ ２ ， Ｈ 与硅酸 当ｐ ＞ 时 Ｏ 一
的 需 求 无 论 从 数 量 卜 是 从 质 量 卜 有 了极 大 的 还 都
等电点 。 研究表明：二氧化硅 的等电点为 ｐ ＝ 。 Ｈ２当 ｐ ＜ 时， Ｈ ２ Ｈ 与硅酸分子结合成正一价 的硅酸离子 ， 可进行下述反应 ：
发展。 为此 ， 根据硅溶胶市场的需求 ， 出 目前我 找 国与世界发达国家在该项技术领域的差距 ， 进一步
要方法。 并且单质硅粉溶解法具有较 大发展潜力；归纳 了硅溶胶在涂料中的应用及其 实现途径 ， 并针对硅
溶胶 的特点进行 了分析 ， 目前硅溶胶与高分子聚合物乳液复合材料的制备提 出了建议。 就 关键词 ：硅溶胶 ；硅粉 ；复合涂料 ；制备
中图分类 号 ：Ｔ ５， ；Ｔ ２ ． Ｑ０ ０４ Ｑ １７２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０— ６ ６ ２ ０ １－０ ３ ０ ０９ １９ （ ０ ６）１０ ２— ３
满 意 的效 果 ， 因而 引起 了世 界范 同内涂 料研 究 者 的
、
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ＯＨ。 、
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Ｓｉ ０Ｈ２ ＝ 一 ； ＝
．
一 Ｓｉ一 ０Ｈ－； 鲁Ｉ 一 Ｓ ＝— ＿ ｉ一 ０ 。＋Ｈ２ ０
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显然 ， 二氧化硅所带 电荷 南水溶液的 ｐ Ｈ值决 定， ｐ 当 Ｈ值为适 当数 值时其表 面 电荷 可为零 ， 此
由｝ 二 述离子交换法生产过程可知 ， 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
单体聚合 ， 但是在酸肚条件下聚合 Ｓ ２ ｉ 粒子易生成 Ｏ
单硅酸的线型和带侧链 的聚合物 。 聚集后易转变为 ｉ维网状结构的溶胶或凝胶 ；而在碱性条件下 ， 可
子交换的限制其浓度不能太高 ， 这就致使第 ３ 中 步
、
一
表面 、 高吸附性 、 高分散度（ 数纳米到数十纳米 ） 、 高耐火绝缘性 、 高耐温抗氧化性等 ， 此外生产原料 来源广泛 、 便于生产 。 价格低廉。 由于具有 ．述优点 ，自２ 世纪４ 年代以来 ， ｝ 二 ０ ０ 硅 溶胶作为一种用途广泛的无机硅化合物在众多领域 得到 了应用。 特别是在涂料领域 ， 硅溶胶作为一种 无机涂料与有机高分子聚合物乳液复合取得了令人
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 。 接着将上述硅酸溶液加 入到含 品种的母 液中， ，Ｉ 控￥ Ｊ 入速度和反应温度 ， Ｊ Ｊ
Ｏ
Ｈ
—
—
Ｏ● ● Ｈ Ｈ — Ｏ
Ｏ 从上述反应得到 的硅酸二 聚体继续 与负一价 Ｏ ， ● Ｏ 的硅酸离子反应 ， 直至形成多硅酸 ， 进而形成硅溶
ｎ
硅溶胶 的制备 及其在涂料 中的应用
田 立 朋 ・
孙道 兴 ‘ 王
力
（． １青岛科技大学化学与分子工程学院 ２６４ ；２ 山东科技 大学化 学与环境 工程学院，青岛 ２ ６ １ ６０ ２ ． ６５０）
摘 要 ：综述 了 溶胶 生产的原理及方法， 出离子交换 法和单质硅粉溶解法是 ＂前硅 溶胶 生产的主 硅 指 ３ －
使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。
胶或硅酸水凝胶。 在形成多 硅酸时不一定都是 直 Ｈ
Ｏ
链， 也可以形成带支链的结构。 虽然两种途径 即在 Ｈ 和 Ｏ 一 Ｈ 条件下都可发生
Ｏ 引言
研究高质量硅溶胶的先进制备方法 ， 对于拓展硅溶
胶 的应 用 十分 必要 。
硅溶胶又称胶体二氧化硅 （ ｏ ｏ ａ Ｓ ｉ ）是 Ｃｌｉ ｌ ｉ ａ， ｌｄ ｌ ｃ
一
种门色或微带蓝色乳光的胶体溶液 ， 由于其主要
１ 硅溶 胶 的形成 机 理
成分是胶体形态的水合二氧化硅 ， 它呈现 出化学惰
时 即 为 其零 电荷点 ， 般 情 况 下 ， 电 荷点 接 近 于 一 零
关注。 通过将无机纳米二氧化硅引入聚合物乳液 ， 可以制备 出性能优 良的无机 一 有机纳米复合材料 ， 成为材料 Ｉ 作者研究的方向之一。 并且随着现代科 学技术的进一步发展 ， 当前社会各行业对于硅溶胶
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Ｏ● ● Ｏ Ｈ — Ｈ —
分子结合成负一价的硅酸离子 ， 可进行下述反应 ：
Ｏ
调节其 ｐ Ｈ为８ — ０ ， ． １． 以提高稳定性 。 ５ ５ 在此步骤中
性 ， 臭 、 味 、 毒 、 腐 蚀 ， 子 式 可 表 示 为 无 无 无 无 分 ｍＳＯ ・ Ｈｚ。硅 溶 胶 具 有 许 多 优 良性 质 ，如 大 比 ｉｚ ｎ Ｏ
长期 以来 ， 有众多的研究者对硅酸单体 聚合生 成溶胶进行 了研究 。 其公认的机理如下 ：在水溶液 中， 羟基化 的二 氧化硅表 面对 Ｈ 或 Ｏ 一 发生吸 Ｈ将 附作用 ， 致使二氧化硅表面可带有某 种电荷 。 用反 应式表示为 ：
第４ ４卷第 １ 期 １ ２０ ０ ６年 １ 月 １
上海涂料
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的浓缩过程较长 ， 能耗大 ， 不利于能源的节约；二
【 收稿 日期 】 （ 一 ８ ｌ ２ ０ 一 ６ 【 作者简 介 】 田立朋 ， ， 师 ， 男 讲 在读博士生 ， 究方 向为功 研 能矿物材料。
从 上述反应得到 的双硅酸正一 价阳离子可继 续与硅酸分子反应 ， 生成ｊ硅 酸直至多硅酸 ， 进而 形成硅溶胶或硅酸水凝胶 。 Ｈ ２ ， Ｈ 与硅酸 当ｐ ＞ 时 Ｏ 一
的 需 求 无 论 从 数 量 卜 是 从 质 量 卜 有 了极 大 的 还 都
等电点 。 研究表明：二氧化硅 的等电点为 ｐ ＝ 。 Ｈ２当 ｐ ＜ 时， Ｈ ２ Ｈ 与硅酸分子结合成正一价 的硅酸离子 ， 可进行下述反应 ：
发展。 为此 ， 根据硅溶胶市场的需求 ， 出 目前我 找 国与世界发达国家在该项技术领域的差距 ， 进一步
要方法。 并且单质硅粉溶解法具有较 大发展潜力；归纳 了硅溶胶在涂料中的应用及其 实现途径 ， 并针对硅
溶胶 的特点进行 了分析 ， 目前硅溶胶与高分子聚合物乳液复合材料的制备提 出了建议。 就 关键词 ：硅溶胶 ；硅粉 ；复合涂料 ；制备
中图分类 号 ：Ｔ ５， ；Ｔ ２ ． Ｑ０ ０４ Ｑ １７２ 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０— ６ ６ ２ ０ １－０ ３ ０ ０９ １９ （ ０ ６）１０ ２— ３
满 意 的效 果 ， 因而 引起 了世 界范 同内涂 料研 究 者 的
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具 有不可 克服 的缺点 ：一是 起始原料水玻璃受离
单体聚合 ， 但是在酸肚条件下聚合 Ｓ ２ ｉ 粒子易生成 Ｏ
单硅酸的线型和带侧链 的聚合物 。 聚集后易转变为 ｉ维网状结构的溶胶或凝胶 ；而在碱性条件下 ， 可
子交换的限制其浓度不能太高 ， 这就致使第 ３ 中 步
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一
表面 、 高吸附性 、 高分散度（ 数纳米到数十纳米 ） 、 高耐火绝缘性 、 高耐温抗氧化性等 ， 此外生产原料 来源广泛 、 便于生产 。 价格低廉。 由于具有 ．述优点 ，自２ 世纪４ 年代以来 ， ｝ 二 ０ ０ 硅 溶胶作为一种用途广泛的无机硅化合物在众多领域 得到 了应用。 特别是在涂料领域 ， 硅溶胶作为一种 无机涂料与有机高分子聚合物乳液复合取得了令人
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 。 接着将上述硅酸溶液加 入到含 品种的母 液中， ，Ｉ 控￥ Ｊ 入速度和反应温度 ， Ｊ Ｊ
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（． １青岛科技大学化学与分子工程学院 ２６４ ；２ 山东科技 大学化 学与环境 工程学院，青岛 ２ ６ １ ６０ ２ ． ６５０）
摘 要 ：综述 了 溶胶 生产的原理及方法， 出离子交换 法和单质硅粉溶解法是 ＂前硅 溶胶 生产的主 硅 指 ３ －
使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。
胶或硅酸水凝胶。 在形成多 硅酸时不一定都是 直 Ｈ
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研究高质量硅溶胶的先进制备方法 ， 对于拓展硅溶
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硅溶胶又称胶体二氧化硅 （ ｏ ｏ ａ Ｓ ｉ ）是 Ｃｌｉ ｌ ｉ ａ， ｌｄ ｌ ｃ
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１ 硅溶 胶 的形成 机 理
成分是胶体形态的水合二氧化硅 ， 它呈现 出化学惰
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关注。 通过将无机纳米二氧化硅引入聚合物乳液 ， 可以制备 出性能优 良的无机 一 有机纳米复合材料 ， 成为材料 Ｉ 作者研究的方向之一。 并且随着现代科 学技术的进一步发展 ， 当前社会各行业对于硅溶胶
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