2025-12-13 16:51
Silica Sol矽(xi)溶膠是(shì)二氧化(hua)矽膠體(ti)微粒在(zài)水中均(jun)勻分散(san)形成的(de)膠體溶(rong)液,具有(yǒu)許多優(you)良性質(zhì)和特點(diǎn),作爲一(yī)種精細(xì)化🈲工産(chǎn)品,現已(yi)被廣泛(fan)應用于(yu)化工、材(cai)料、紡織(zhī)、造紙、電(diàn)子等♻️工(gong)業領域(yu)。早在💚1915年(nián),Schwerin首次以(yi)水玻璃(li)爲原料(liào),采用☎️電(dian)滲析法(fa)制備出(chu)含⭕二氧(yǎng)化矽質(zhi)量分數(shu)🈲2.4%的矽溶(róng)膠,隻是(shì)濃度太(tài)低,并沒(méi)有什麽(me)🔞實際應(yīng)用意🈲義(yi),1941年Bird利用(yong)離子交(jiāo)換法制(zhì)得高濃(nong)度的矽(xi)溶膠後(hou),才得以(yǐ)大規模(mó)的生産(chan)和應用(yòng)。本文将(jiang)對“矽溶(rong)膠”的制(zhi)備工藝(yì)及應用(yòng)範疇做(zuo)簡單整(zhěng)理。
不同(tong)濃度的(de)矽溶膠(jiāo)
一、簡單(dan)了解一(yi)下矽溶(róng)膠
矽溶(rong)膠外觀(guān)爲乳白(bái)色半透(tou)明的膠(jiāo)體溶液(yè),多呈穩(wěn)🤩定的堿(jian)性,少數(shu)呈酸性(xing),矽溶膠(jiao)中SiO2的濃(nóng)度一般(ban)爲10%~35%,濃度(du)高時可(kě)達50%。矽💋溶(róng)膠粒子(zǐ)比表面(mian)積爲50~400m2g,粒(li)徑範圍(wéi)一般在(zài)5~100nm,處💘于納(nà)米✏️尺度(du),與⛱️一般(bān)粒徑爲(wei)0.1~10um的乳液(yè)相比,其(qí)🐇顆粒要(yao)小得多(duo),分子式(shì)可表示(shi)爲mSiO2.H2O,矽溶(rong)膠🌂的膠(jiāo)團結構(gou)用以下(xià)化學式(shi)表示。
二(èr)、二氧化(hua)矽膠團(tuán)結構
矽(xi)溶膠是(shi)具有膠(jiāo)體特性(xing)、質點近(jìn)似球體(ti)、帶負電(diàn)的溶🏃🏻膠(jiao)💘,ζ電位、布(bu)朗運動(dong)及足夠(gou)的溶劑(jì)阻隔三(sān)大因素(sù)賦予其(qi)聚結穩(wěn)定性🆚和(hé)動力學(xue)穩定性(xìng),膠粒爲(wei)介穩相(xiàng),始終存(cún)在自發(fā)聚結的(de)傾向。三(sān)大穩定(dìng)因素隻(zhī)要有一(yī)種被削(xuē)弱,它就(jiu)會自動(dong)聚👈結,産(chǎn)生凝🔅膠(jiao)或聚沉(chén)。矽溶膠(jiāo)粒子的(de)内部結(jie)構爲矽(xī)氧烷鍵(jiàn)⛱️(-Si-O-Si-),表面層(céng)由許☎️多(duo)矽氧醇(chún)基(-SiOH)和羟(qiang)基(-OH)所覆(fu)蓋,它們(men)同膠體(ti)溶液中(zhōng)存在的(de)堿金屬(shǔ)離子一(yi)起形成(cheng)擴散雙(shuang)電層,粒(lì)子間的(de)靜電作(zuò)用對膠(jiāo)體溶液(yè)的穩定(ding)起重要(yao)作用。
矽(xi)溶膠中(zhong)二氧化(hua)矽的粒(lì)子大小(xiǎo)是一重(zhòng)要質量(liàng)指㊙️标,它(tā)對溶膠(jiāo)的許多(duo)性能都(dōu)有重要(yao)影響。首(shǒu)先,粒子(zi)👄大小影(ying)響⛹🏻♀️矽溶(róng)膠的✏️穩(wěn)定性,在(zai)等量穩(wen)定劑條(tiáo)件下,粒(lì)子越大(da)穩定性(xing)越好,粒(lì)子越🍓小(xiǎo)膠凝越(yue)快。因此(ci),爲制造(zào)高濃度(du)和性能(neng)穩定的(de)矽溶膠(jiao),應設法(fa)使粒子(zǐ)尺寸足(zu)夠大。通(tong)常粒徑(jing)大✔️于20nm,濃(nong)度高于(yu)40%的矽溶(rong)膠通常(chang)被稱作(zuo)大粒徑(jing)高濃度(dù)矽溶膠(jiāo)。
應用在(zài)催化劑(jì)載體和(he)高耐火(huo)度要求(qiu)的行業(ye),所需要(yao)的矽♈溶(rong)膠濃度(dù)要達到(dào)40%左右,通(tong)過再濃(nong)縮法得(dé)到矽溶(róng)膠所✔️能(neng)達到的(de)最高濃(nóng)度與其(qí)溶膠顆(kē)粒自身(shen)粒徑大(da)小有關(guān),由于小(xiao)✂️的粒子(zǐ)穩定性(xìng)較差,所(suǒ)以粒徑(jìng)小于15nm的(de)普通矽(xī)溶膠産(chan)品濃度(dù)一般隻(zhi)能達到(dao)30%,而粒徑(jing)大于20nm的(de)矽溶膠(jiao)産品濃(nong)度則可(ke)以達到(dào)40%甚至50%以(yǐ)上。
三、矽(xi)溶膠制(zhì)備方法(fa)
自矽溶(róng)膠問世(shi)以來,對(dui)其制備(bei)方法的(de)研究非(fei)常活㊙️躍(yue)。就原理(lǐ)📱而言,矽(xī)溶膠有(yǒu)2種制備(bèi)方法:①利(lì)用溶液(ye)中化學(xué)反應生(sheng)成的SiO2超(chāo)微粒生(sheng)長、成核(he),制得矽(xi)溶膠的(de)方法爲(wei)🐕凝聚法(fa);②利用機(ji)械将SiO2微(wēi)粒在一(yī)🔴定條件(jiàn)下分散(san)于水中(zhōng)制得矽(xi)溶膠的(de)方法爲(wei)分散法(fǎ)。就工藝(yi)而言,可(kě)分爲矽(xī)粉溶解(jie)法、離子(zi)交換法(fǎ)、膠溶法(fa)、分散法(fa)🤞等。
1、矽粉(fěn)溶解法(fa)。采用無(wú)機或有(you)機堿作(zuo)催化劑(jì),以單質(zhi)矽與純(chun)🌏水反應(yīng)來制備(bèi)矽溶膠(jiāo)的方法(fa)稱爲矽(xī)粉溶解(jie)法✊。
工藝(yì)流程圖(tu)及反應(yīng)方程式(shì)
工藝簡(jiǎn)析:矽粉(fěn)在堿的(de)催化作(zuò)用下,與(yu)水反應(yīng),生成水(shuǐ)合矽酸(suan),水合矽(xī)酸在水(shuǐ)介質中(zhōng)逐漸聚(jù)合,由單(dan)體自行(háng)脫水漸(jiàn)漸聚合(he)成二元(yuán)體、三元(yuán)體乃至(zhì)多元體(tǐ),即成爲(wei)水合矽(xi)酸的水(shui)溶液,就(jiu)✔️是矽溶(róng)膠。工藝(yi)過程👨❤️👨中(zhong)的矽粉(fen)的活化(huà)主要是(shì)爲了除(chú)去矽粉(fěn)表面形(xing)成♻️的惰(duò)性膜,較(jiào)✍️好的方(fāng)法是先(xiān)用質量(liàng)分數爲(wei)48%的氫氟(fu)酸洗滌(dí),然後依(yi)次用純(chún)水、醇、醚(mi)✨沖洗,最(zui)後在氮(dan)氣保護(hu)下幹燥(zao)🧡。
該法的(de)優點是(shi)矽溶膠(jiāo)成品中(zhong)雜質含(hán)量少,二(èr)氧化矽(xī)的膠粒(li)📞粒形、粒(lì)徑、黏度(du)、pH值、密度(dù)、純度等(děng)易控制(zhi),膠粒外(wài)形圓整(zhěng)均勻,結(jie)構緻密(mi),矽溶膠(jiao)的穩定(ding)性較好(hǎo)。
2、離子交(jiāo)換法。離(li)子交換(huàn)法又稱(cheng)粒子增(zeng)長法,用(yòng)水玻璃(lí)爲原料(liao)。一😍般步(bu)驟爲:陽(yang)離子交(jiāo)換反應(ying)制備活(huó)性矽酸(suan)溶液→調(diào)節活性(xìng)‼️矽酸溶(rong)液pH值→陳(chén)化制備(bei)晶種→向(xiàng)含晶種(zhong)的母液(yè)中添加(jiā)活性矽(xī)酸溶液(yè)促使晶(jīng)種生長(zhǎng)→最後純(chun)化濃縮(suō)制備得(dé)矽溶膠(jiao)産品。
每(měi)個步驟(zhou)對最終(zhong)矽溶膠(jiāo)産品均(jun1)有直接(jiē)的影響(xiǎng)。制備均(jun1)勻性良(liang)好的晶(jīng)種是制(zhi)得優質(zhi)矽溶膠(jiao)的基礎(chu),晶種生(shēng)長階段(duàn)要嚴🌐格(gé)控制矽(xi)酸溶液(ye)加入量(liàng)使體🏃🏻♂️系(xi)中矽酸(suan)濃度始(shi)終處⭐于(yu)最低成(cheng)核濃度(dù)和飽和(hé)濃度之(zhi)間,防止(zhǐ)産生新(xin)的晶核(he),實現單(dān)純的粒(li)徑增長(zhǎng)。
3、電解電(dian)滲析法(fa)。電解電(diàn)滲析法(fa)制備矽(xī)溶膠是(shi)一種電(diàn)化學方(fang)法。在電(dian)解電滲(shen)析槽中(zhong)加入電(dian)解質,調(diào)節電解(jie)質溶液(ye)的pH值,控(kong)制電解(jie)電滲析(xi)反應的(de)電流密(mì)度、溫度(du)📞等反應(ying)條件,在(zài)裝備有(yǒu)合适的(de)💃電極(如(ru)析氫🔴電(dian)極、氧陰(yin)極)的電(diàn)解電滲(shèn)析槽中(zhong)反應後(hòu)🈚可制取(qu)矽溶膠(jiao)成品。該(gai)法制備(bei)矽溶膠(jiao)的操作(zuo)條❓件可(kě)控制,便(biàn)于優化(huà)矽溶膠(jiao)成品的(de)質量,是(shi)有開發(fa)價值的(de)電化學(xue)方法。
4、膠(jiāo)溶法。膠(jiāo)溶法制(zhi)備矽溶(rong)膠是先(xian)用酸中(zhōng)和水玻(bō)璃溶液(ye)形成凝(níng)膠,所得(dé)凝膠經(jīng)過濾,水(shuǐ)洗,然後(hòu)加稀堿(jian)溶液💃🏻,在(zai)加🔱壓加(jia)熱條件(jiàn)下解膠(jiāo)即得溶(rong)膠。該法(fǎ)制得的(de)矽溶膠(jiāo)粒徑分(fen)布較寬(kuān),純度較(jiao)低。
5、酸中(zhōng)和法。酸(suān)中和法(fǎ)一般采(cai)用稀水(shuǐ)玻璃(Na2O.xSiO2)作(zuo)爲起始(shǐ)💛原料,稀(xī)硫酸等(děng)無機酸(suān)作爲酸(suan)化劑。根(gēn)據酸用(yòng)量的不(bú)同,可制(zhì)備酸⁉️性(xìng)或堿性(xing)矽溶膠(jiao)。具體工(gong)藝步驟(zhou)包括離(li)子交換(huan)去除鈉(nà)離子、制(zhi)備晶核(hé)、酸中和(he)反應、晶(jing)粒增長(zhang)。酸中和(hé)法制得(de)的矽溶(rong)㊙️膠一般(bān)雜質離(lí)子含量(liang)較高,穩(wen)定性較(jiao)差。
6、分散(san)法。分散(san)法是利(lì)用機械(xiè)方法将(jiang)二氧化(huà)矽微粒(li)分散🌈在(zài)溶劑中(zhōng)制備矽(xī)溶膠的(de)物理方(fang)法。有報(bao)道“利用(yong)合🛀🏻适的(de)分散工(gōng)藝和添(tian)加劑,可(kě)将氣相(xiàng)二氧化(huà)矽粉末(mo)分散在(zài)水溶液(ye)中制得(dé)穩定時(shi)間高達(da)1年,黏度(dù)低達1mPa·s的(de)高性能(néng)矽溶膠(jiāo)。”
四、矽溶(rong)膠的基(jī)本特性(xìng)及應用(yong)
性質決(jué)定用途(tu),先來瞅(chǒu)瞅矽溶(róng)膠的特(tè)性:①具有(yǒu)較大的(de)吸附性(xìng),矽溶膠(jiao)中無數(shù)膠團産(chǎn)生的無(wu)數網絡(luò)結構空(kōng)隙,在一(yī)定條件(jiàn)下能夠(gou)對無機(jī)物及有(yǒu)機物具(ju)有一定(dìng)的吸附(fù)作用;②具(jù)有較大(dà)‼️的比表(biao)面積;③矽(xi)溶膠具(ju)有較好(hao)🔞的粘結(jie)性♊,自身(shen)風幹即(jí)産生一(yī)定的粘(zhan)結強度(dù),但強度(du)較小,如(ru)果将矽(xi)溶膠加(jia)入🍉到某(mou)種纖維(wei)或粒狀(zhuang)材料中(zhong),然後幹(gàn)燥固化(huà)即可成(chéng)爲堅固(gu)的凝膠(jiao)結構,會(huì)✔️産生較(jiao)大的粘(zhan)結性;④ 良(liáng)好的耐(nài)溫性;⑤矽(xi)溶膠具(jù)有高度(du)的分散(san)💚性、較好(hao)的耐磨(mó)性和良(liáng)好的透(tòu)光性等(deng),因此可(kě)以做良(liang)好的分(fen)散劑、防(fang)腐劑、絮(xù)凝劑、冷(leng)卻劑等(děng)等。下面(mian)對矽溶(rong)膠部分(fèn)經典應(yīng)用簡單(dān)整🐉理。
1、催(cui)化劑載(zǎi)體
矽溶(róng)膠具有(you)較大的(de)比表面(miàn)積,制得(dé)的矽膠(jiao)粒子均(jun)勻,孔🌈徑(jìng)和分布(bù)容易控(kòng)制,是制(zhi)備催化(hua)劑載體(ti)的最👄佳(jia)原料。氧(yang)化矽是(shì)第二大(da)的催載(zai)體原料(liào)(一哥是(shi)氧化鋁(lǚ))。
案例:美(mei)國Sohio化學(xué)公司氨(ān)氧化法(fa)制備丙(bing)烯腈所(suǒ)用的催(cui)化劑C41,就(jiu)✍️是将催(cuī)化劑活(huó)性組分(fen)與矽溶(rong)膠混合(hé),經噴霧(wu)幹燥後(hou)制得的(de),其活性(xìng)分布均(jun)勻,能使(shǐ)丙烯腈(jing)産率提(tí)高30%~40%。
2、半導(dǎo)體基片(pian)抛光
20世(shì)紀60年代(dài)以前,半(ban)導體基(ji)片抛光(guāng)還大都(dou)沿用微(wēi)米級磨(mó)🆚料機械(xiè)🐆抛光,得(de)到的機(jī)械抛光(guāng)表面存(cún)在嚴重(zhòng)損傷。1965年(nián)Walsh和Herzog提出(chū)SiO2溶膠和(he)凝膠抛(pāo)光後,以(yi)SiO2漿料爲(wei)代表的(de)化學機(ji)械抛光(guāng)工藝就(jiù)逐漸代(dài)替了❤️以(yǐ)上舊方(fang)法。
而二(er)氧化矽(xī)水溶膠(jiāo)則是目(mù)前最具(ju)代表性(xìng)的CMP用抛(pāo)光漿料(liào)研磨🌈微(wei)粒。目前(qián)主要采(cai)用分散(sàn)法,即将(jiang)納米SiO2粉(fen)末利用(yòng)機械手(shou)段分散(san)于水溶(róng)液中以(yi)獲得SiO2 CMP漿(jiang)料‼️。研究(jiu)證📐明,在(zai)相同的(de)抛光條(tiáo)件♉下,磨(mó)料💰的顆(ke)粒大小(xiao)、形狀和(hé)單分散(sàn)性等是(shì)影響抛(pāo)光表面(mian)質🚶♀️量的(de)重要🌂因(yin)素。目前(qián),在矽晶(jīng)片化學(xué)機械抛(pāo)光中普(pǔ)遍使用(yòng)粒🙇🏻徑50~80nm左(zuǒ)右的球(qiu)形二氧(yang)化矽磨(mó)料。将粒(lì)子的矽(xī)溶膠做(zuò)單晶矽(xi)抛光劑(jì),不僅效(xiào)果好,而(ér)且抛光(guāng)速度快(kuai)。
3、紡織工(gong)業
可以(yi)用做紡(fǎng)織上漿(jiāng)助劑,減(jiǎn)少斷頭(tóu)率;在織(zhi)物染色(se)中🤟使用(yong),因具有(you)粘結性(xìng),可以形(xing)成優良(liang)的保護(hù)液,增加(jiā)染色的(de)附着力(lì)等等。
案(an)例:矽溶(rong)膠與油(yóu)劑并用(yong),對羊毛(máo)進行噴(pēn)霧或浸(jìn)漬處理(lǐ),改善🍓了(le)羊毛的(de)可紡性(xing),減少了(le)斷頭,防(fang)止了飛(fei)花,提高(gāo)了成品(pǐn)㊙️率。
4、造紙(zhi)工業
作(zuò)爲感光(guāng)紙的處(chù)理劑,玻(bo)璃紙的(de)防粘劑(jì),其他辦(bàn)公用紙(zhi)經處理(li)㊙️後,可以(yi)提高打(dǎ)印效果(guo),使顯色(se)更加鮮(xiān)明。
案例(lì):把粉碎(sui)過的金(jin)屬矽粉(fěn)直接與(yu)加熱到(dao)一定溫(wen)度的矽(xī)酸鈉或(huo)矽酸鉀(jiǎ)反應制(zhi)備出的(de)高濃度(dù)、低粘度(dù)矽🔆溶膠(jiāo)🈲施于包(bao)裝✌️水泥(ni)的牛皮(pi)紙或紙(zhi)闆的表(biǎo)面,可以(yǐ)防止其(qí)堆集時(shí)的滑落(luo),并可改(gai)善紙品(pǐn)的耐濕(shi)性和強(qiáng)度;玻璃(lí)紙的缺(que)點之一(yi)是溫度(dù)升🥰高時(shi)發粘,如(ru)果用矽(xi)溶膠和(hé)甘油、單(dan)硬脂肪(fang)酸等組(zu)成的蠟(la)狀物質(zhi)處理,則(zé)可克服(fú)這個缺(quē)點。
5、陶瓷(ci)纖維高(gao)溫粘接(jie)劑
把矽(xi)酸鋁纖(xiān)維用矽(xī)溶膠浸(jin)漬,加促(cù)凝劑,用(yong)做保溫(wēn)絕熱材(cái)料;做高(gāo)溫爐的(de)耐火磚(zhuan)的表面(mian)粘結劑(ji),粘結強(qiang)度高,耐(nài)🔆高溫(1000℃以(yi)上),節約(yuē)♻️能源,對(duì)爐子改(gǎi)造既節(jiē)約,又方(fāng)便。
6、泡沫(mò)橡膠增(zeng)強
在幹(gan)橡膠中(zhōng)加入5%的(de)矽溶膠(jiāo),就可以(yǐ)使多孔(kǒng)泡沫橡(xiàng)膠增強(qiang)20%,對一定(ding)體積的(de)橡膠而(ér)言,因爲(wei)彈性提(tí)高,可以(yǐ)節省20%的(de)橡膠。
7、用(yong)在固體(tǐ)蓄電池(chí)的電解(jiě)液
普通(tong)鉛酸蓄(xù)電池使(shi)用壽命(mìng)短,使用(yòng)矽溶膠(jiāo)可以配(pei)置♈成膠(jiāo)體蓄電(dian)池的凝(ning)膠電解(jie)液,就大(dà)大提高(gāo)了蓄🌈電(diàn)池的使(shǐ)用壽命(mìng);同時,普(pu)通電解(jie)液硫酸(suān),在機動(dong)車急轉(zhuan)彎♻️時容(rong)易溢出(chu),但固體(ti)蓄電池(chi)電解液(yè)的使用(yòng)就很好(hǎo)的♉解決(jue)了這個(gè)問題,有(yǒu)效的防(fáng)止了硫(liu)酸的🔞滲(shèn)漏和溢(yi)出,避免(mian)了污染(rǎn)環境。
8、應(ying)用于精(jing)密鑄造(zao)業
陶瓷(ci)薄殼型(xíng)(熔模)精(jing)密鑄造(zao)法,就是(shì)由于使(shǐ)用了矽(xi)溶膠才(cái)發展起(qi)來的。用(yòng)矽溶膠(jiāo)代替矽(xi)酸酯可(kě)降低成(chéng)本,改善(shan)操作條(tiáo)件。用小(xiǎo)📧粒子直(zhí)徑矽溶(rong)膠制造(zào)的薄殼(ké)強度大(da)、光潔度(dù)好,可大(dà)大💃🏻提高(gāo)鑄件質(zhi)量和尺(chǐ)🔞寸的精(jing)密度。
更(geng)多其他(ta)應用
矽(xī)溶膠可(ke)以作爲(wèi)啤酒、蘋(ping)果汁、葡(pú)萄酒、米(mi)酒、醬油(yóu)的🔴澄清(qīng)😍劑,不影(ying)響色、香(xiāng)、味,對人(ren)體無毒(du)害;用矽(xī)溶膠處(chù)🔴理的裝(zhuāng)潢物品(pin),可使其(qi)抗污染(ran)性提高(gao)二倍,可(ke)見矽溶(rong)膠也💰是(shì)壁布表(biǎo)面的有(yǒu)效防污(wu)劑;用矽(xī)溶膠制(zhì)取的防(fang)滑地闆(pan)蠟,在工(gong)業和民(min)用中已(yi)負盛名(ming),細小的(de)二氧化(hua)矽粒子(zǐ)粘附在(zai)地闆表(biao)面的蠟(la)膜上,防(fáng)滑效果(guǒ)好,且不(bu)影💁響🙇♀️光(guang)澤度。矽(xī)溶膠能(néng)夠使塗(tu)料牢🈲固(gu),具有耐(nai)水,耐🏒火(huo),耐污,耐(nài)高溫,塗(tú)膜硬度(dù)大,色澤(ze)鮮豔,不(bu)褪🆚色等(deng)優點,還(hái)可以應(ying)用于耐(nai)酸、耐堿(jian)、防火塗(tú)料和遠(yuan)紅外線(xiàn)輻射塗(tú)料。
同泰(tài)化學納(nà)米二氧(yang)化矽産(chan)品介紹(shao):
同泰化(huà)學代理(lǐ)諾力昂(ang)Levasil納米二(èr)氧化矽(xi)産品,包(bāo)含了數(shù)十種産(chǎn)品,廣泛(fan)用于塗(tú)料、造紙(zhi)、抛光、蓄(xù)電池、精(jing)密鑄造(zao)、催化載(zai)體、食品(pin)、耐火材(cái)料、紡織(zhi)纖維處(chù)理、塑料(liao)薄膜塗(tú)層、清洗(xǐ)劑、顔料(liào)分散和(he)土木工(gōng)程等多(duo)個方面(mian)。諾力昂(ang)公司的(de)水性納(nà)米二氧(yǎng)化矽分(fen)散液采(cǎi)用先進(jin)的自動(dòng)化生産(chǎn)線和過(guo)程控制(zhì)系統,在(zai)原材料(liao)檢測、生(sheng)産過程(chéng)監測和(he)成品質(zhi)量控制(zhì)等多個(gè)方面嚴(yan)格把關(guan),産品質(zhi)量穩定(dìng)可靠。我(wo)們有能(neng)力爲客(ke)戶提供(gong)高品質(zhì)的産品(pǐn)和服務(wu),與客戶(hù)發展長(zhǎng)期戰略(luè)合作夥(huo)伴關系(xì)。
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