2025-11-22 16:51
Silica Sol矽溶膠(jiao)是二氧(yang)化矽膠(jiao)體微粒(li)在水中(zhong)均勻分(fen)散形成(cheng)😺的膠體(ti)溶液,具(ju)有許多(duo)優良性(xing)質和特(te)點,作爲(wei)一種精(jing)細化👱🏼♂️工(gong)産🧑🏽🎄品,現(xian)已被廣(guang)泛應用(yong)于化工(gong)、材料、紡(fang)織、造紙(zhi)、電子等(deng)工業領(ling)域。早在(zai)1915年,Schwerin首次(ci)👩🏽🐰👩🏿以水玻(bo)璃爲原(yuan)料,采用(yong)電滲析(xi)法制備(bei)出含二(er)氧化矽(xi)質量分(fen)數👾2.4%的矽(xi)溶膠,隻(zhi)是濃度(du)太低,并(bing)沒有什(shi)麽實際(ji)應用意(yi)義,1941年Bird利(li)用離子(zi)交換法(fa)制得高(gao)濃度的(de)矽溶膠(jiao)後,才得(de)以大規(gui)模的生(sheng)産和應(ying)用。本文(wen)将😁對“矽(xi)溶膠”的(de)制備👻工(gong)藝及應(ying)用範疇(chou)做簡單(dan)整理。
不(bu)同濃度(du)的矽溶(rong)膠
一、簡(jian)單了解(jie)一下矽(xi)溶膠
矽(xi)溶膠外(wai)觀爲乳(ru)白色半(ban)透明的(de)膠體溶(rong)液,多呈(cheng)穩定的(de)堿性,少(shao)數呈酸(suan)性,矽溶(rong)膠中SiO2的(de)濃度一(yi)般爲10%~35%,濃(nong)度高時(shi)可達50%。矽(xi)溶膠粒(li)子比表(biao)面積爲(wei)50~400m2g,粒徑範(fan)圍一般(ban)在5~100nm,處🚶🏾♀️➡️于(yu)納米尺(chi)度,與一(yi)般粒徑(jing)爲0.1~10um的乳(ru)液相比(bi),其顆粒(li)要小😝得(de)多,分子(zi)👾式可表(biao)示爲mSiO2.H2O,矽(xi)溶膠的(de)膠團結(jie)構用以(yi)下化👾學(xue)式表示(shi)。
二、二氧(yang)化矽膠(jiao)團結構(gou)
矽溶膠(jiao)是具有(you)膠體特(te)性、質點(dian)近似球(qiu)體、帶負(fu)電的溶(rong)膠,ζ電位(wei)💕、布朗運(yun)動及足(zu)夠的溶(rong)劑阻隔(ge)三大因(yin)素賦予(yu)其聚結(jie)穩定性(xing)和動力(li)學穩定(ding)性,膠粒(li)爲介穩(wen)相,始終(zhong)存在自(zi)發聚結(jie)的傾向(xiang)。三大穩(wen)定因素(su)隻要有(you)一種被(bei)削弱,它(ta)就會自(zi)動聚結(jie),産生凝(ning)😁膠或聚(ju)沉。矽溶(rong)膠粒子(zi)的内部(bu)結構爲(wei)矽氧烷(wan)鍵(-Si-O-Si-),表面(mian)層由許(xu)多矽氧(yang)醇基(-SiOH)和(he)羟基(-OH)所(suo)覆蓋,它(ta)😌們同膠(jiao)體溶液(ye)中存在(zai)的堿金(jin)屬離子(zi)一起形(xing)成擴散(san)雙👽電層(ceng),粒子間(jian)的㊙️靜電(dian)作用對(dui)膠體溶(rong)液的穩(wen)定起重(zhong)要作用(yong)。
矽溶膠(jiao)中二氧(yang)化矽的(de)粒子大(da)小是一(yi)重要質(zhi)量指标(biao)👽,它對溶(rong)膠的許(xu)多性能(neng)都有重(zhong)要影響(xiang)。首先,粒(li)子大小(xiao)影響矽(xi)溶膠的(de)穩定性(xing),在等量(liang)穩定劑(ji)條件下(xia),粒子越(yue)✋大穩定(ding)性越好(hao)💘,粒子越(yue)小膠凝(ning)越快。因(yin)此,爲制(zhi)造高濃(nong)度和性(xing)能穩定(ding)的矽溶(rong)膠,應設(she)法使粒(li)子~尺寸(cun)足夠大(da)。通常粒(li)徑大于(yu)20nm,濃度高(gao)于40%的矽(xi)溶膠通(tong)常被稱(cheng)作大粒(li)徑高濃(nong)度矽溶(rong)膠。
應用(yong)在催化(hua)劑載體(ti)和高耐(nai)火度要(yao)求的行(hang)業,所需(xu)要的矽(xi)溶💌膠濃(nong)度要達(da)到40%左右(you),通過再(zai)濃縮法(fa)得到🧜🏼♀️矽(xi)溶膠所(suo)能達…到(dao)的最高(gao)濃度與(yu)其溶膠(jiao)顆粒自(zi)身粒徑(jing)大小有(you)關,由于(yu)小的粒(li)子穩定(ding)性較差(cha),所以粒(li)徑小于(yu)15nm的😁普通(tong)矽溶膠(jiao)産品濃(nong)度一般(ban)隻能達(da)到30%,而👹粒(li)徑大于(yu)20nm的😈矽溶(rong)膠産品(pin)濃度則(ze)可以達(da)到40%甚至(zhi)50%以上。
三(san)、矽溶膠(jiao)制備方(fang)法
自矽(xi)溶膠問(wen)世以來(lai),對其制(zhi)備方法(fa)的研究(jiu)非常活(huo)🤑躍。就原(yuan)理😘而言(yan),矽溶膠(jiao)有2種制(zhi)備方法(fa):①利用溶(rong)液中👨🏻🏭化(hua)學反應(ying)👺生成的(de)SiO2超微粒(li)生長、成(cheng)核,制得(de)矽溶膠(jiao)的方法(fa)爲🏃🏻♀️凝聚(ju)法;②利用(yong)機械将(jiang)SiO2微🧛🏽粒在(zai)一定條(tiao)件下分(fen)散于水(shui)中制得(de)矽溶膠(jiao)的方法(fa)😁爲分散(san)法🧑🏻❤️🧑🏼。就工(gong)藝而👽言(yan),可分爲(wei)矽粉溶(rong)解法、離(li)子交換(huan)法、膠溶(rong)法、分散(san)法等。
1、矽(xi)粉溶解(jie)法。采用(yong)無機或(huo)有機堿(jian)作催化(hua)劑,以單(dan)質矽與(yu)純水反(fan)應來制(zhi)備矽溶(rong)膠的方(fang)法稱爲(wei)矽粉溶(rong)解法💁🏼♀️。
工(gong)藝流程(cheng)圖及反(fan)應方程(cheng)式
工藝(yi)簡析:矽(xi)粉在堿(jian)的催化(hua)作用下(xia),與水反(fan)應,生成(cheng)水合矽(xi)酸,水🙆🏿合(he)矽酸在(zai)水介質(zhi)中逐漸(jian)聚合,由(you)單體自(zi)行脫水(shui)漸漸聚(ju)合成二(er)元體、三(san)元體乃(nai)至多元(yuan)體,即成(cheng)爲水合(he)矽酸的(de)水溶液(ye),就是矽(xi)溶👩🍼膠。工(gong)藝過程(cheng)中的矽(xi)粉的活(huo)化主😺要(yao)是爲了(le)除去矽(xi)粉表面(mian)形成的(de)惰性膜(mo),較好的(de)方法是(shi)先用質(zhi)量分數(shu)爲48%的氫(qing)氟酸洗(xi)滌,然後(hou)依🧑🏽❤️💋🧑🏻次用(yong)純水、醇(chun)、醚🏃🏿♀️➡️沖洗(xi),最後在(zai)氮😘氣保(bao)護下幹(gan)燥🧑🏻❤️🧑🏼。
該法(fa)的優點(dian)是矽溶(rong)膠成品(pin)中雜質(zhi)含量少(shao),二氧化(hua)矽的🤶🏾膠(jiao)粒粒形(xing)、粒徑、黏(nian)度、pH值、密(mi)度、純度(du)等易控(kong)制,膠粒(li)外形圓(yuan)整均👩🏼❤️👨🏾勻(yun),結構緻(zhi)密,矽溶(rong)膠的穩(wen)定性較(jiao)好。
2、離子(zi)交換法(fa)。離子交(jiao)換法又(you)稱粒子(zi)增長法(fa),用水玻(bo)璃爲😜原(yuan)👌料。一般(ban)步驟爲(wei):陽離子(zi)交換反(fan)應制備(bei)活性矽(xi)酸…溶液(ye)💫→調節活(huo)性矽酸(suan)溶液pH值(zhi)→陳化制(zhi)備晶種(zhong)→向含晶(jing)種👩🏽🐰👩🏿的母(mu)液中添(tian)加活性(xing)矽酸溶(rong)液促使(shi)晶種生(sheng)長→最後(hou)純化濃(nong)縮制👹備(bei)得矽溶(rong)膠産品(pin)。
每個步(bu)驟對最(zui)終矽溶(rong)膠産品(pin)均有直(zhi)接的影(ying)響。制備(bei)均勻性(xing)良好的(de)晶種是(shi)制得優(you)質矽溶(rong)膠的基(ji)礎,晶種(zhong)生長階(jie)段要嚴(yan)格控制(zhi)矽酸溶(rong)液加入(ru)量使體(ti)✡️系中矽(xi)酸濃度(du)始終處(chu)于最低(di)成核濃(nong)度和飽(bao)和濃度(du)之間,防(fang)止産生(sheng)新的晶(jing)核,實現(xian)單純的(de)粒徑增(zeng)長。
3、電解(jie)電滲析(xi)法。電解(jie)電滲析(xi)法制備(bei)矽溶膠(jiao)是一種(zhong)電化學(xue)方法。在(zai)電解電(dian)滲析槽(cao)中加入(ru)電解質(zhi),調節♌️電(dian)解質溶(rong)👨🦰液的pH值(zhi),控制電(dian)解電滲(shen)析反應(ying)的電流(liu)密度、溫(wen)度等反(fan)應😵💫條件(jian),在裝備(bei)有合适(shi)的電極(ji)(如析氫(qing)電極、氧(yang)陰極)的(de)電解電(dian)滲析槽(cao)🔞中反應(ying)後可制(zhi)取矽溶(rong)膠成品(pin)。該法制(zhi)備矽溶(rong)膠的操(cao)作條件(jian)可控制(zhi),便于優(you)化矽溶(rong)膠💘成品(pin)的質量(liang),是有開(kai)發價值(zhi)的💁🏼♀️電化(hua)學方法(fa)。
4、膠溶法(fa)。膠溶法(fa)制備矽(xi)溶膠是(shi)先用酸(suan)中和水(shui)玻璃溶(rong)液形👩🏼❤️👨🏾成(cheng)💁🏼♀️凝膠,所(suo)得凝膠(jiao)經過濾(lü),水洗,然(ran)後加稀(xi)堿💔溶液(ye)👀,在加壓(ya)加熱條(tiao)件下解(jie)膠即得(de)溶膠。該(gai)法制得(de)的矽溶(rong)膠粒徑(jing)分布較(jiao)寬,純度(du)較低。
5、酸(suan)中和法(fa)。酸中和(he)法一般(ban)采用稀(xi)水玻璃(li)(Na2O.xSiO2)作爲起(qi)始原^料(liao)💕,稀硫👽酸(suan)等無機(ji)酸作爲(wei)酸化劑(ji)。根據酸(suan)用量的(de)不同,可(ke)制備酸(suan)性或堿(jian)性矽溶(rong)膠。具體(ti)工藝步(bu)驟包括(kuo)離子交(jiao)換去除(chu)鈉離子(zi)、制備晶(jing)核、酸😗中(zhong)和反應(ying)、晶粒增(zeng)長。酸中(zhong)和法制(zhi)得的矽(xi)溶膠一(yi)般雜質(zhi)離子含(han)量較高(gao),穩定👀性(xing)較差。
四、矽(xi)溶膠的(de)基本特(te)性及應(ying)用
性質(zhi)決定用(yong)途,先來(lai)瞅瞅矽(xi)溶膠的(de)特性:①具(ju)有較大(da)的吸附(fu)性,矽溶(rong)膠中無(wu)數膠團(tuan)産生的(de)無數網(wang)絡結構(gou)空隙,在(zai)一定條(tiao)件下能(neng)夠對無(wu)機物及(ji)有機物(wu)具有一(yi)定的吸(xi)附作用(yong);②具有較(jiao)大的比(bi)表面積(ji);③矽溶膠(jiao)具有較(jiao)好的粘(zhan)結性,自(zi)身風幹(gan)即産生(sheng)一🤑定的(de)粘結強(qiang)度,但強(qiang)度較小(xiao),如果将(jiang)矽溶膠(jiao)加入🏃🏻♀️到(dao)某種纖(xian)維或粒(li)狀材料(liao)中,然後(hou)幹燥固(gu)化即可(ke)成爲堅(jian)固的凝(ning)膠結構(gou),會産生(sheng)較大的(de)粘結性(xing);④ 良好…的(de)耐溫性(xing);⑤矽溶膠(jiao)具有高(gao)度的分(fen)散性、較(jiao)好的耐(nai)磨性👨🦰和(he)良好的(de)透光性(xing)等,因🧎🏻♀️➡️此(ci)可以做(zuo)良🏃🏻♀️好的(de)分散劑(ji)、防腐劑(ji)、絮㊙️凝劑(ji)、冷卻劑(ji)等等。下(xia)面對矽(xi)溶膠部(bu)分經典(dian)應用簡(jian)單整理(li)。
1、催化劑(ji)載體
矽(xi)溶膠具(ju)有較大(da)的比表(biao)面積,制(zhi)得的矽(xi)膠粒子(zi)均勻,孔(kong)徑和分(fen)布容易(yi)控制,是(shi)制備催(cui)化劑載(zai)體的最(zui)佳原料(liao)。氧化矽(xi)是第二(er)大的催(cui)載體原(yuan)料(一哥(ge)是氧👩🏽🐰👩🏿化(hua)鋁)。
案例(li):美國Sohio化(hua)學公司(si)氨氧化(hua)法制備(bei)丙烯腈(jing)所用的(de)催化劑(ji)C41,就🧛🏾♀️是💑🏾将(jiang)催化劑(ji)活性組(zu)分與矽(xi)溶膠混(hun)合,經噴(pen)霧幹燥(zao)後制得(de)的,其活(huo)性分布(bu)均勻,能(neng)使丙烯(xi)腈産率(lü)提高30%~40%。
2、半(ban)導體基(ji)片抛光(guang)
20世紀60年(nian)代以前(qian),半導體(ti)基片抛(pao)光還大(da)都沿用(yong)微米👯🏾♂️級(ji)磨料機(ji)械抛光(guang),得到的(de)機械抛(pao)光表面(mian)存在嚴(yan)重損傷(shang)。1965年Walsh和Herzog提(ti)出😸SiO2溶膠(jiao)和凝膠(jiao)抛光後(hou),以SiO2漿料(liao)爲代表(biao)的化學(xue)機械抛(pao)光工藝(yi)就逐漸(jian)代替了(le)🙉以上舊(jiu)方法。
而(er)二氧化(hua)矽水溶(rong)膠則是(shi)目前最(zui)具代表(biao)性的CMP用(yong)抛👿光漿(jiang)料研✡️磨(mo)微粒。目(mu)前主要(yao)采用分(fen)散法,即(ji)将納米(mi)SiO2粉末利(li)用機械(xie)手段分(fen)散于水(shui)溶液中(zhong)以獲得(de)SiO2 CMP漿料。研(yan)究證明(ming),在相💑🏾同(tong)的抛光(guang)條件下(xia),磨料的(de)顆粒大(da)小、形狀(zhuang)和單分(fen)散性等(deng)是影響(xiang)抛光表(biao)面質量(liang)的重要(yao)因素。目(mu)前,在矽(xi)晶片化(hua)學機械(xie)抛光中(zhong)😗普遍使(shi)用粒徑(jing)50~80nm左右的(de)球形二(er)氧化矽(xi)磨料。将(jiang)粒子的(de)矽溶膠(jiao)做單晶(jing)矽抛🏊🏾♀️光(guang)劑,不💁🏼♀️僅(jin)效果好(hao),而且抛(pao)光速度(du)快。
3、紡織(zhi)工業
可(ke)以用做(zuo)紡織上(shang)漿助劑(ji),減少斷(duan)頭率;在(zai)織物染(ran)色中使(shi)🏊🏾♀️用,因具(ju)有粘結(jie)性,可以(yi)形成優(you)良的保(bao)護液,增(zeng)加染色(se)的附着(zhe)🙈力等等(deng)。
案例:矽(xi)溶膠與(yu)油劑并(bing)用,對羊(yang)毛進行(hang)噴霧或(huo)浸漬處(chu)理,改🏃🏿♀️➡️善(shan)了羊毛(mao)的可紡(fang)性,減少(shao)了斷頭(tou),防止了(le)飛花,提(ti)高了成(cheng)品率。
4、造(zao)紙工業(ye)
作爲感(gan)光紙的(de)處理劑(ji),玻璃紙(zhi)的防粘(zhan)劑,其他(ta)辦公用(yong)紙經處(chu)理後,可(ke)以提高(gao)打印效(xiao)果,使顯(xian)色更加(jia)鮮明。
案(an)例:把粉(fen)碎過的(de)金屬矽(xi)粉直接(jie)與加熱(re)到一定(ding)溫度✡️的(de)🙉矽酸鈉(na)~或矽酸(suan)鉀反應(ying)制備出(chu)的高濃(nong)度、低粘(zhan)度矽溶(rong)膠🧑🏾🎄施于(yu)包裝水(shui)泥👾的牛(niu)皮紙或(huo)紙闆的(de)表面,可(ke)以防止(zhi)其堆集(ji)時的👋滑(hua)落,并可(ke)改善紙(zhi)品的耐(nai)濕性和(he)強度;玻(bo)璃紙的(de)缺點之(zhi)一是溫(wen)度升😜高(gao)時發粘(zhan)💫,如果用(yong)矽溶膠(jiao)和甘油(you)、單硬脂(zhi)肪酸等(deng)🙂↔️組成的(de)蠟狀💔物(wu)質處理(li),則可克(ke)服這個(ge)缺點。
5、陶(tao)瓷纖維(wei)高溫粘(zhan)接劑
把(ba)矽酸鋁(lü)纖維用(yong)矽溶膠(jiao)浸漬,加(jia)促凝劑(ji),用做保(bao)溫絕熱(re)材料;做(zuo)高溫爐(lu)的耐火(huo)磚的表(biao)面粘結(jie)劑,粘結(jie)強度高(gao),耐🧛🏾♀️高溫(wen)(1000℃以上🎅🏿),節(jie)約能源(yuan),對爐子(zi)改造既(ji)節約,又(you)方便。
6、泡(pao)沫橡膠(jiao)增強
在(zai)幹橡膠(jiao)中加入(ru)5%的矽溶(rong)膠,就可(ke)以使多(duo)孔泡沫(mo)橡膠增(zeng)強20%,對一(yi)定體積(ji)的橡膠(jiao)而言,因(yin)爲彈性(xing)提高,可(ke)以節省(sheng)20%的橡膠(jiao)👋。
7、用在固(gu)體蓄電(dian)池的電(dian)解液
普(pu)通鉛酸(suan)蓄電池(chi)使用壽(shou)命短,使(shi)用矽溶(rong)膠可以(yi)配置成(cheng)膠體😝蓄(xu)電池的(de)凝膠電(dian)解液,就(jiu)大大提(ti)高了蓄(xu)💁🏼♀️電池的(de)使用壽(shou)命;同時(shi),普通電(dian)解液硫(liu)酸,在機(ji)動車急(ji)轉彎🧜🏼♀️時(shi)容易溢(yi)出,但固(gu)體蓄電(dian)池電解(jie)液的使(shi)用就很(hen)好的解(jie)決了這(zhe)個問題(ti),有效的(de)防止了(le)硫酸的(de)滲漏和(he)溢出,避(bi)免了污(wu)染環境(jing)。
8、應用于(yu)精密鑄(zhu)造業
陶(tao)瓷薄殼(ke)型(熔模(mo))精密鑄(zhu)造法,就(jiu)是由于(yu)使用了(le)矽溶膠(jiao)才發展(zhan)起來的(de)。用矽溶(rong)膠代替(ti)矽酸酯(zhi)可降低(di)成本,改(gai)善操作(zuo)💁🏼♀️條件。用(yong)小粒子(zi)直徑矽(xi)溶膠制(zhi)造的薄(bao)殼強👽度(du)大、光潔(jie)度好,可(ke)大大提(ti)高鑄件(jian)質量和(he)尺寸的(de)精密度(du)。
更多其(qi)他應用(yong)
矽溶膠(jiao)可以作(zuo)爲啤酒(jiu)、蘋果汁(zhi)、葡萄酒(jiu)、米酒、醬(jiang)油的澄(cheng)清劑,不(bu)影🏃🏻♀️響色(se)、香、味,對(dui)人體無(wu)毒害;用(yong)矽溶膠(jiao)處理的(de)👧🏾裝潢😵💫物(wu)品,可使(shi)其抗污(wu)染性提(ti)高二倍(bei),可見矽(xi)溶膠也(ye)是壁布(bu)表面的(de)有效防(fang)污劑;用(yong)矽溶膠(jiao)制取的(de)防滑地(di)闆蠟,在(zai)工業和(he)民用中(zhong)已負盛(sheng)名,細小(xiao)的😗二氧(yang)化矽粒(li)子粘附(fu)在地闆(pan)表面的(de)蠟膜上(shang),防滑效(xiao)🧜🏼♂️果好,且(qie)不影👀響(xiang)😌光澤度(du)。矽溶膠(jiao)⛹🏻♂️能夠使(shi)塗料牢(lao)固,具有(you)耐水,耐(nai)火,耐污(wu),耐高溫(wen),塗膜硬(ying)度大,色(se)澤鮮豔(yan),不褪色(se)等優點(dian),還可以(yi)應用于(yu)耐酸、耐(nai)堿、防火(huo)塗料和(he)遠紅外(wai)線輻射(she)塗料。
同(tong)泰化學(xue)納米二(er)氧化矽(xi)産品介(jie)紹:
同泰(tai)化學代(dai)理諾力(li)昂Levasil納米(mi)二氧化(hua)矽産品(pin),包含了(le)數十種(zhong)産品,廣(guang)泛用于(yu)塗料、造(zao)紙、抛光(guang)、蓄電池(chi)、精密鑄(zhu)造、催化(hua)載體、食(shi)品、耐火(huo)材料、紡(fang)織纖維(wei)處理、塑(su)料薄膜(mo)塗層、清(qing)洗劑、顔(ya)料分散(san)和土木(mu)工程等(deng)多個方(fang)面。諾力(li)昂公司(si)的水性(xing)納米二(er)氧化矽(xi)分散液(ye)采用先(xian)進的自(zi)動化生(sheng)産線和(he)過程控(kong)制系統(tong),在原材(cai)料檢測(ce)、生産過(guo)程監測(ce)和成品(pin)質量控(kong)制等多(duo)個方面(mian)嚴格把(ba)關,産品(pin)質量穩(wen)定可靠(kao)。我們有(you)能力爲(wei)客戶提(ti)供高品(pin)質的産(chan)品和服(fu)務,與客(ke)戶發展(zhan)長期戰(zhan)略合作(zuo)夥伴關(guan)系。
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