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硅溶膠
鎖定
硅溶膠(英文名稱:Silica solution)屬膠體溶液,無臭、無毒。硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。由於硅溶膠中的SiO2含有大量的水及羥基,故硅溶膠也可以表述為SiO2.nH2O。
- 中文名
- 硅溶膠
- 外文名
- Silica sol
- 成 分
- 二氧化硅
- 最常見的方法
- 離子交換法
硅溶膠基本信息
硅溶膠的離子交換工藝為美國的NALCO公司在上世紀40年代開發,後由美國杜邦公司等在五,六十年代完善,為最成熟也是最為廣泛使用的工藝。該工藝對水玻璃、離子交換樹脂等材料以及操作工藝有一定的要求,而這些正是國產品的弱勢。相對來説,硅粉一步水解法的工藝比較簡單,在國內被廣泛使用。然而,用該法制備的硅溶膠通常顆粒大小在10-20納米左右,顆粒間的界面不清晰,形貌為非球形且無法控制,顆粒間的界面不清晰,故通常只是被大量使用在鑄造等行業,而在精密拋光,催化劑等許多要求更高的領域則無大建樹。 與國際知名硅溶膠品牌相比,國產硅溶膠的主要缺點為雜質含量高、顆粒大小無嚴格控制、顆粒比表面不受嚴格檢測、二氧化硅的濃度低、酸性或中性條件下穩定性差、使用週期短、或多或少帶點顏色、品種少等等。國際知名硅溶膠品牌有杜邦以及格雷斯的LUDOX系列。
硅溶膠發展
硅溶膠無機高分子塗料是近期發展起來的。製備該塗料的關鍵技術是用特殊的方法除去水玻璃中水溶性的鈉離子。一般可以用離子交換、酸中和、水分解、電滲析等方法來實現,以生成一種極細的二氧化硅超微粒子膠狀水溶液,粒徑為580nm(一般乳液顆粒為800-1000nm)其中Si2O含量20%-30%,Na2O含量0.3%¥,氧化硅和氧化鈉的比例在40%以上。以這種硅溶液/膠為基料,配合顏料和各種助劑而製成硅溶膠無機高分子塗料。硅溶液在失去水分時,單體硅酸逐漸聚合成高聚硅膠,隨水分的蒸發,膠體分子增大,最後形成-SIO-O-SIO-塗膜:IO-SI-OH+HO-SI-OH因NA2O在硅溶膠中的含量低,硅溶膠具有一定量成膜溶解的特性,其耐水性、耐熱性能明顯優於有機塗料。塗膜緻密且較硬,不產生靜電,空氣中各種塵埃難粘附。在建築塗料中,它的抗污染能力是較強的。
硅溶膠性狀
硅溶膠屬膠體溶液,無臭、無毒,分子式可表示為 mSiO2nH2O.
1.由於膠體粒子微細(10 - 20nm),有相當大的比表面積,粒子本身無色透明,不影響被覆蓋物的本色。
3. 當硅溶膠水份蒸發時,膠體粒子牢固地附着在物體表面,粒子間形成硅氧結合,是很好的粘合劑。
硅溶膠用途
1. 用作各種耐火材料粘結劑,具有粘結力強、耐高温(1500°C-1600°C), 等特點。
2.用於塗料工業,能使塗料牢固,又能抗污防塵、耐老化、防火等功能。
硅溶膠技術指標
鹼性鈉型 酸性無穩定劑型 典型基礎參數數值
TS-15 TS-30 TS-32W TS-950
二氧化硅(SiO2)含量,%
15-16 30.0-31.0 40.0-41.0 20.0-21.0 25.0-26.0 30.0-31.0 30.3 25.6氧化鈉(Na2O)含量,%≤
0.10 0.50 0.55 0.40 0.04 0.05 0.06 0.25 0.04
黏度(25℃),mp a.s ≤ 5.0 6.0 7.0 25.0 5.0 6.0 7.0 5.4 3.0
密度(25℃),g/cm3 1.12-1.14 1.15-1.17 1.19-1.21 1.28-1.30 1.12-1.14 1.15-1.17
硅溶膠製備工藝
硅溶膠離子交換法
b 生產工藝
將模數為3.5的硅酸鈉溶液用水稀調整至含SiO24%,Na201.15%;將液通過填裝陽離子交換樹脂的閃換柱,得含SIO23.6%,NA200.005%,SiO2/Na2O摩爾比703,PH值2.5的硅酸膠稀液。
離子交換是一個平衡反應,反應的過程是:當把含有Na+的硅酸溶液通過交換樹指時Na+取代了陽離子交換樹脂上的H+。
於是水玻璃中的Na+已被除去,H+陽離子與硅離子與硅酸鈉中的SiO3生成具有活性的硅溶膠稀溶液流出。
硅溶膠的離子交換質量與下列因素有關:
樹脂再生的程度、平衡性質、樹脂的高度、流入深度、離子大小等。
把通過陽離子交換柱的硅溶膠稀深再通過弱鹼性陰離子樹脂交換柱,去除液體中的陰離子CL-,以達到更加穩定的狀態。以交換柱流出來的稀硅深膠濃渡很低,需進行濃縮,為了防止濃縮時膠凝,濃縮前必須迅速加入穩定劑。穩定劑常的為MOH(M為L,Na,K,Rb,Cs,NH4.NH2等)穩定劑的用量應該恰當,若小於SiO2摩爾數的1%則難於起到穩定作用;若超過5%則將降低製品的純度。取5kg上述硅溶膠用10%NAOH溶液調PH值至78。取900g調整液注信減壓器中進行真這減壓濃縮。並以保持容器內液麪恆定為原則,徐徐加入剩餘的4100g調整液。濃縮温度保持78℃,最後製得900g含SiO220%,Na200.33%PH為9.6的硅溶膠,其平均粒徑約16mum。
離子交換樹脂進行離子交換後,已失去交換能力。需用鹽酸稀液洗滌,用HCL中的H9+取代樹脂上的Na+。而使離子交換樹脂的活性基團氧化,使樹脂再生,恢復交換能力。再生後和離子交換樹指必須用蒸餾水沖洗至規定的PH值為止,備下次使用。
硅溶膠的技術性能:
SiO2含量地20%30%(以H2SiO3計含量>26%)水分70%80%比重1.141.21Na2O含量0。4%0.5%粘度(塗4)10.9S可存期一年
硅溶膠酸中和法
用酸中和水玻璃時首先選取含有-(CH2)nCH3.R-CH2-R及含親水基的物質,經過化學反應製得一種產物A,用此產物A 再與鈉水玻璃及H2SO4進行反應,最後制提改性水玻璃B。此產物溶於水中的穩定期不少於三個月,失水成膜後,遇水不再溶解。
硅溶膠製備方法
硅橡膠合成的簡要過程是:砂石或二氧化硅還原為單體硅→於300%温度下,以銅作催化劑,硅與甲基氯化物相互作用→形成甲基氯化硅的混合物(一元、二元或三元)→通過蒸餾分離出二甲基氯化硅→二甲基氯化硅水解成硅烷又迅速合成為線型或環型硅氧烷→線型硅氧烷在氫氧化鉀(KOH)的幫助下,形成四元雙甲基環狀體(D4)→在KOH存在下,D4聚合,鏈終止導致過程的完成。
硅溶膠無機高分子塗料的配製工藝與其他塗料沒什麼特殊區別,但是硅溶膠應慢慢加入,否則塗料將發生質變。可以參考以下配製工藝:
把成膜助劑(常用的有氧化鋅、硅酸丁酯、醋酸丁酯、甲基硅酸鈉等)加入反應釜中,加定量的水攪拌,並依次加入表面活性劑(苯磺酸鈉)、增稠劑(羥乙基纖維素、CMC等)、分散劑(六偏磷酸鈉)、消泡劑(磷酸三丁酯)等助劑;再慢慢加入硅溶膠,體質顏料、色漿。用砂磨機或膠體磨研細,可以按需要加入產分粗粒料。塗料的PH值在8.5-10之間。
硅溶膠無機高分子塗料的配方設計:
硅溶膠成膜時收縮較大,塗膜易龜裂,為克服這個缺點、,除了在無機塗料中添加纖維狀填料,還同時添加水溶性乳液作為輔助成膜物,使有機物填充在"—Si—O—Si—",網狀結構中減少成膜收縮和温差引起的脹縮變化。成為一種即具有無機塗料優良的耐候性、又具備有機塗料那樣優良的裝飾性、穩定性和施工性的有機複合塗料。一般可以這樣考濾:成膜物中無機物佔50%~90%,有機物為50%10%。內用時添加聚醋酸乙烯乳液;外用時添加苯-丙乳液,鈦白粉先用金紅石型,體積濃度為5%,並可摻加大量體質顏料,其總體積濃度炒60%70%。
硅溶膠生產的濃縮階段,是一項耗能大、週期長的工藝環節。傳統的濃縮手段,一般採 用減常壓法脱水,使之得到所需濃度的硅溶膠。