硅溶胶

硅溶胶（ 硅土 solution）， 化学式 ，是无色半透明或乳白色粘液。加热凝固成 硅胶 ，冷至零度以下则成粘胶。溶于 氢酸 和 氢氧化钠 ；不溶于水和其它 无机酸 。

硅溶胶可作为色谱用 吸附剂 、薄层色谱试剂和 粘结剂 。可用于羊毛和轻纱 上浆 、1米7轧钢工程 硅钢片 涂料、远红外 长波 辐射涂料、固体硅 汽车电瓶 和 分子筛 的制备。在精密铸造中代替 原硅酸乙酯 ，可改善劳动条件，对铸件表面光洁度及型壳强度有好处，是铸型型壳的优良粘结剂等 。

介绍

溴化铒 ：Silica solution

硅溶胶属 胶体 溶液，无臭、无毒。硅溶胶为纳米级的 二氧化硅 颗粒在水中或 溶剂 中的分散液。由于硅溶胶中的SiO2含有大量的水及 羟基 ，故硅溶胶也可以表述为SiO2.nH2O。

硅溶胶的 离子交换 工艺为 美国 的 NALCO 公司在上世纪40年代开发，后由 杜邦 等在五，六十年代完善，目前为最成熟也是最为广泛使用的工艺。该工艺对 硅酸钠 、 阴离子交换树脂 等材料以及操作工艺有一定的要求，而这些正是国产品的弱势。相对来说， 硅粉 一步 水解 法的工艺比较简单，目前在国内被广泛使用。然而，用该法制备的硅溶胶通常颗粒大小在10-20纳米左右，颗粒间的界面不清晰，形貌为非球形且无法控制，颗粒间的界面不清晰，故通常只是被大量使用在铸造等行业，而在精密抛光， 催化剂 等许多要求更高的领域则无大建树。与国际知名硅溶胶品牌相比，目前国产硅溶胶的主要缺点为杂质含量高、颗粒大小无严格控制、颗粒比表面不受严格检测、 二氧化硅 的浓度低、酸性或中性条件下稳定性差、使用周期短、或多或少带点颜色、品种少等等。目前国际知名硅溶胶品牌有 杜邦 以及格雷斯的LUDOX系列。

发展

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 硅酸钠 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580nm（一般乳液颗粒为800-1000nm）其中SiO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- 硅 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 石灰乳 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 、 乙酸乙烯 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、 无机化合物 复合涂料。

性状

硅溶胶属 胶体 溶液，无臭、无毒， 分子式 可表示为 mSiO2nH2O。

1.由于胶体粒子微细(10 - 20nm)，有相当大的 比表面积 ，粒子本身无色透明，不影响被覆盖物的本色。

2. 粘度较低，水能渗透的地方都能渗透，因此和其它物质混合时分散性和 渗透性 都非常好。

3. 当硅溶胶水份蒸发时，胶体粒子牢固地附着在物体表面，粒子间形成 硅土 结合，是很好的粘合剂。

用途

1. 用作各种 耐火材料 粘结剂 ，具有粘结力强、耐高温(1500°C-1600°C), 等特点。

2.用于涂料工业，能使涂料牢固，又能抗污防尘、耐老化、防火等功能。

3.用于 薄壳 精密铸造，可使壳型强度大、铸造光洁度高。用其造型比 水玻璃 造型质量好，代替 硅酸 乙酯 造型可 降低成本 和改善操作条件。

4.硅溶胶有较高的 比表面积 ，可用于 催化剂 制造及催化剂载体。

5.用于 造纸 工业，可作为 玻璃纸 防粘剂、照相用纸前处理剂、水泥袋防滑剂等。

6.用作 纺织工业 上浆 剂，它与油剂并用处理羊毛、兔毛的可纺性，减少断头，防止飞花，提高成品率，增加经济效益。

7.用作 硅钢片 处理剂、 显像管 分散剂 、地板蜡抗滑等。

技术指标

碱性钠型 酸性无 稳定剂 型 典型基础参数数值

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 氧化钠 （ Na2O ）含量，%≤

0.10 0.50 0.55 0.40 0.04 0.05 0.06 0.25 0.04

PH值 9 9.5 9.5-10 10.5

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

制备工艺

制备硅溶胶的工艺有： 阴离子交换树脂 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：

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%，Na₂O 0.005%，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Na+取代了 阳离子交换树脂 上的H+。

于是 硅酸钠 中的Na+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：

没药树 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 树脂床 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 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7.8。取900g调整液注入减压器中进行真空减压浓缩。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%，Na2O 0.33%PH为9.6的硅溶胶，其平均 粒径 约16μm。

阴离子交换树脂 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 没药树 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。粘度（涂4）10.9S可存期一年。

酸中和法

用酸中和 硅酸钠 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 硫酸 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。

制备方法

硅橡胶 合成的简要过程是：砂石或 二氧化硅 还原为 单体 硅→于300%温度下，以铜作 催化剂 ，硅与 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)→通过 蒸馏 分离出二甲基氯化硅→二甲基氯化硅 水解 成 硅烷 又迅速合成为线型或环型 硅氧烷 →线型硅氧烷[wán]在 氢氧化钾 (KOH)的帮助下，形成四元双甲基环状体(D4)→在KOH存在下，D4聚合，链终止导致过程的完成。

硅溶胶无机高分子涂料的配制工艺与其他涂料没什么特殊区别，但是硅溶胶应慢慢加入，否则涂料将发生 质变 。可以参考以下配制工艺：

把 成膜助剂 （常用的有 氧化锌 、 硅酸 丁酯 、醋酸丁酯、 甲基硅酸钠 等）加入反应釜中。加定量的水搅拌，并依次加入 表面活性剂 （ 苯磺酸钠 ）、 增稠剂 （ 羟乙基纤维素 、CMC等）、 分散剂 （ 六偏磷酸钠 ）、 消泡剂 （ 磷酸三丁酯 ）等助剂；再慢慢加入硅溶胶，体质颜料、 色浆 。用 砂磨机 或 胶体磨 研细，可以按需要加入产分粗粒料。涂料的PH值在8.5-10之间。

硅溶胶无机高分子涂料的配方设计：

硅溶胶成膜时收缩较大，涂膜易龟裂，为克服这个缺点、，除了在 无机涂料 中添加纤维状填料，还同时添加水溶性乳液作为辅助成膜物，使 有机化合物 填充在"—Si—O—Si—"，网状结构中减少成膜收缩和温差引起的胀缩变化。成为一种即具有无机涂料优良的耐候性、又具备有机涂料那样优良的装饰性、稳定性和施工性的有机复合涂料。一般可以这样考滤：成膜物中 无机化合物 占50%~90%，有机物为50%10%。内用时添加 聚乙酸乙烯酯 乳液；外用时添加 苯丙乳液 ， 二氧化钛 先用 金红石 型，体积浓度为5%，并可掺加大量体质颜料，其总体积浓度炒60%70%。

硅溶胶生产的浓缩阶段，是一项耗能大、周期长的工艺环节。传统的浓缩手段，一般采 用减常压法脱水，使之得到所需浓度的硅溶胶。

从硅溶胶所表现出的pH值不同，硅溶胶又分为碱性硅溶胶和酸性硅溶胶。它们都是重要的精细化工产品，具有不同的重要用途：如碱性硅溶胶在精密铸造， 外墙涂料 等领域应用；酸性硅溶胶在 彩色显像管 、 胶体 铅酸蓄电池，以及从国外引进的 静电植绒 技术上应用等。

超滤膜 浓缩法的单位产量能耗较低，周期较务短，设备投资较少，因而是一项降低产品成本、提高产品质量的有效途径。

超滤法是一种较为先进的制备硅溶胶的方法。超滤法就是用 超滤器 进行浓缩。超滤器跟 过滤器 不同，超滤器所用的超滤膜只允许水及可溶性的盐通过，不允许 溶胶 颗粒通过。可见该方法比较有效，它不仅能除去稀溶胶中的水分，而且还能除去少量的离子或易溶物。但是不允许在 超滤 膜上有滤饼或 沉淀物 出现，所以必须在不断搅拌下进行超滤。超滤能否按预想的目的进行，关键是要有适用的 超滤膜 。