二氧化矽(xi)膠體微粒的(de)溶液“矽溶膠(jiāo)”能幹啥？

　　Silica Sol矽溶(rong)膠是二氧化(hua)矽膠體微粒(lì)在水中均勻(yún)分散形成的(de)🏃🏻‍♂️膠體🐕溶液，具(jù)有許多優良(liáng)性質和特點(diǎn)，作爲一種精(jing)細化工産品(pin)，現已被廣泛(fan)應用于化工(gōng)、材料、紡✊織、造(zao)紙、電子等工(gōng)業領域。早在(zài)1915年，Schwerin首次以水(shuǐ)玻璃爲💋原料(liao)，采用電滲析(xī)法制備出含(han)👅二氧化矽質(zhì)量分數2.4%的矽(xī)溶膠，隻是濃(nong)度太低，并沒(mei)有什麽實際(ji)應用意義，1941年(nian)Bird利用離子交(jiāo)換法制得高(gao)🌈濃度的矽溶(róng)膠後，才得以(yi)大規模的生(shēng)産和應用。本(běn)文将對“矽溶(rong)膠”的制備工(gōng)藝及應用範(fan)疇做簡單整(zheng)理。

　　不同濃度(dù)的矽溶膠

　　一(yi)、簡單了解一(yi)下矽溶膠

　　矽(xī)溶膠外觀爲(wèi)乳白色半透(tòu)明的膠體溶(rong)液，多呈穩定(ding)的堿性，少數(shu)呈酸性，矽溶(rong)膠中SiO2的濃度(dù)一般爲10%~35%，濃♋度(dù)高時可達50%。矽(xī)溶膠粒子比(bǐ)表面積爲50~400m2g，粒(lì)徑範圍一般(ban)在5~100nm，處🏃🏻‍♂️于納米(mi)尺度，與一般(bān)粒徑爲0.1~10um的乳(ru)液相比，其顆(kē)粒要小得多(duo)，分子式可表(biao)示😄爲mSiO2.H2O，矽溶膠(jiao)的膠團結構(gou)用以下化🏒學(xué)式表示。

　　二、二(èr)氧化矽膠團(tuan)結構

　　矽溶膠(jiao)是具有膠體(tǐ)特性、質點近(jin)似球體、帶負(fu)電的溶膠📞，ζ電(dian)⭐位、布朗運動(dòng)及足夠的溶(róng)劑阻隔三大(dà)因素賦予其(qi)聚結穩定性(xing)和動力學穩(wěn)定性，膠粒爲(wèi)介穩❤️相，始終(zhōng)🌏存在自發聚(ju)結的傾向。三(san)大穩定因素(sù)隻要有一種(zhǒng)被削弱，它就(jiù)會自動聚結(jié)，産生凝🤩膠或(huo)聚沉。矽溶膠(jiāo)粒子的内部(bu)結構爲矽氧(yang)烷鍵(-Si-O-Si-)，表面層(ceng)由許🤞多矽氧(yǎng)醇基(-SiOH)和羟基(jī)(-OH)所覆蓋，它們(men)同膠體溶液(ye)中存在的堿(jiǎn)金屬離子🈲一(yī)起形成擴散(san)雙電層，粒子(zǐ)間的靜電作(zuò)用對膠體溶(rong)液的穩定起(qǐ)重要💜作用。

　　矽(xi)溶膠中二氧(yang)化矽的粒子(zǐ)大小是一重(zhong)要質量指标(biao)，它✔️對溶膠的(de)許多性能都(dōu)有重要影響(xiǎng)。首先，粒子大(dà)小影響矽溶(rong)🙇‍♀️膠的穩定性(xing)，在等量穩定(dìng)劑條件下，粒(li)子越大穩定(dìng)性越好，粒子(zi)越小膠凝越(yue)快。因此，爲制(zhi)造高濃度和(hé)性能💰穩定的(de)矽溶膠，應設(she)法使粒子♈尺(chǐ)寸足夠大。通(tōng)常粒徑大于(yu)20nm，濃度高于40%的(de)矽溶膠通🏃‍♀️常(cháng)被稱作大粒(li)徑高濃度矽(xī)溶膠。

　　應用在(zài)催化劑載體(ti)和高耐火度(dù)要求的行業(ye)，所需要的矽(xī)溶膠濃度要(yào)達到40%左右，通(tōng)過再濃縮法(fǎ)得到矽溶膠(jiao)所能達到的(de)💃最高濃度與(yu)其溶膠顆粒(li)自身粒徑大(dà)小有關，由于(yú)小的粒子穩(wěn)定性較差，所(suo)以粒徑小于(yú)15nm的普通矽溶(róng)🐪膠産品濃度(dù)一般隻能達(dá)到30%，而㊙️粒徑大(dà)于20nm的矽溶膠(jiāo)産品😘濃度則(zé)可以達到40%甚(shen)至50%以上。

　　三、矽(xī)溶膠制備方(fang)法

　　自矽溶膠(jiao)問世以來，對(dui)其制備方法(fǎ)的研究非常(cháng)活躍☔。就✍️原理(lǐ)而言，矽溶膠(jiāo)有2種制備方(fāng)法：①利用溶液(yè)中♉化學反應(yīng)生成的SiO2超微(wēi)粒生長、成核(hé)，制得矽溶膠(jiāo)的❤️方法爲凝(ning)聚法;②利用機(ji)械将SiO2微👉粒在(zài)一❓定條件下(xià)分散于水中(zhong)制得矽溶㊙️膠(jiāo)的方法✏️爲分(fèn)散法。就工藝(yi)而言，可分爲(wèi)矽粉溶解法(fa)、離子交換法(fa)、膠🈲溶法、分散(sàn)法等。

　　1、矽粉溶(rong)解法。采用無(wu)機或有機堿(jiǎn)作催化劑，以(yi)單質矽與純(chun)💃🏻水反應來制(zhì)備矽溶膠的(de)方法稱爲矽(xī)粉溶解法🧑🏽‍🤝‍🧑🏻。

 

工(gong)藝流程圖及(jí)反應方程式(shì)

　　工藝簡析：矽(xi)粉在堿的催(cui)化作用下，與(yu)水反應，生成(chéng)水合🐉矽⁉️酸，水(shuǐ)合矽酸在水(shui)介質中逐漸(jian)聚合，由單體(ti)自行脫水漸(jian)漸聚合成二(èr)元體、三元體(ti)乃至多元體(tǐ)🈲，即成爲水合(he)矽酸的水溶(róng)液，就是矽溶(róng)膠。工藝過程(cheng)中的矽粉的(de)活化主要是(shì)爲了除去矽(xi)粉表面形成(chéng)的惰性膜，較(jiao)好的方法是(shi)先用質量分(fèn)數爲48%的氫氟(fú)酸洗滌，然後(hou)依次用純水(shui)、醇、醚沖洗，最(zui)後在氮氣保(bao)護下幹燥。

　　該(gai)法的優點是(shi)矽溶膠成品(pǐn)中雜質含量(liang)少，二氧化矽(xī)的膠粒粒形(xíng)、粒徑、黏度、pH值(zhí)、密度、純度等(děng)易控制，膠粒(lì)外形圓整均(jun)勻，結構緻密(mi)，矽溶膠的穩(wen)定性較好。

　　2、離(lí)子交換法。離(li)子交換法又(yòu)稱粒子增長(zhang)法，用水玻璃(li)爲原料🔱。一般(bān)步驟爲：陽離(li)子交換反應(yīng)制備活性矽(xi)酸溶液→調節(jie)✉️活性矽酸溶(rong)液pH值→陳化制(zhì)備晶種→向🏃🏻‍♂️含(han)晶種的母液(yè)中添加活性(xìng)矽🔴酸溶液促(cu)使晶種生長(zhǎng)→最後純化濃(nóng)縮制備得矽(xi)溶膠産品。

　　每(měi)個步驟對最(zui)終矽溶膠産(chǎn)品均有直接(jiē)的影響。制備(bei)均勻性良好(hǎo)的晶種是制(zhì)得優質矽溶(róng)膠的基礎，晶(jīng)種✔️生長階段(duan)要嚴格控制(zhì)矽酸溶液加(jiā)入量使體系(xi)中矽🚶‍♀️酸濃度(du)始終處于最(zui)低成核濃度(du)和飽和濃💃度(dù)之間，防🤟止産(chan)生新👄的晶核(he)，實現單純的(de)粒徑增長☎️。

　　3、電(diàn)解電滲析法(fǎ)。電解電滲析(xi)法制備矽溶(rong)膠是一種👅電(diàn)♈化學方法。在(zài)電解電滲析(xi)槽中加入電(dian)解質，調節電(dian)解質溶液的(de)pH值，控制電解(jiě)電滲析反應(yīng)的電流密度(dù)、溫度等反應(yīng)條件，在裝備(bei)有合适的電(dian)極(如析氫電(dian)極、氧陰極)的(de)電解電滲析(xi)槽中反應後(hòu)可制取矽⛱️溶(rong)膠成品。該法(fǎ)制備矽溶膠(jiao)的操作條件(jian)可控制，便于(yú)優化矽溶膠(jiao)成品的質量(liàng)，是有開發價(jia)值的電化學(xue)方法。

　　4、膠溶法(fǎ)。膠溶法制備(bei)矽溶膠是先(xiān)用酸中和水(shuǐ)玻璃🆚溶液形(xíng)🔞成凝膠，所得(de)凝膠經過濾(lǜ)，水洗，然後加(jia)稀堿㊙️溶液，在(zài)加壓加熱條(tiao)件下🌍解膠即(ji)得溶膠。該法(fa)制得的矽溶(rong)✨膠粒徑🈲分布(bu)較寬，純度🛀🏻較(jiào)低。

　　5、酸中和法(fa)。酸中和法一(yi)般采用稀水(shui)玻璃(Na2O.xSiO2)作爲起(qi)始原🔴料，稀㊙️硫(liú)🔅酸🆚等無機酸(suan)作爲酸化劑(ji)。根據酸用量(liang)的💁不同，可制(zhì)🔅備酸🌍性或堿(jiǎn)性矽溶膠。具(ju)體工藝步驟(zhòu)包括離子交(jiāo)換去除鈉離(lí)子、制備晶核(he)、酸中和反應(yīng)、晶粒增長。酸(suān)中和法制⛷️得(de)的矽溶✨膠一(yī)般雜質離子(zǐ)含🐆量較高，穩(wen)定性較差。

　　6、分(fen)散法。分散法(fǎ)是利用機械(xiè)方法将二氧(yǎng)化矽微粒🌐分(fen)散在溶劑中(zhōng)制備矽溶膠(jiao)的物理方法(fa)。有報道“利用(yong)合适的分散(san)工藝和添加(jia)劑，可将氣相(xiang)二氧化矽粉(fěn)末分散在水(shui)🚩溶液中制得(dé)穩定時間高(gāo)達1年，黏度低(dī)達1mPa·s的高㊙️性能(néng)矽溶膠。”

　　四、矽(xī)溶膠的基本(ben)特性及應用(yòng)

　　性質決定用(yòng)途，先來瞅瞅(chou)矽溶膠的特(tè)性：①具有較大(da)的吸附性，矽(xī)溶膠中無數(shu)膠團産生的(de)無數網絡結(jié)構空隙，在一(yi)定條件下能(neng)夠對無機物(wu)及有機物具(ju)有一定的吸(xi)附作用;②具有(yǒu)較大🙇‍♀️的比表(biǎo)面積;③矽溶膠(jiāo)具有較好的(de)粘結性，自身(shen)風幹即産生(sheng)一定的粘結(jie)強度，但強度(dù)較小，如果将(jiang)矽溶膠加入(ru)到某種纖維(wéi)☎️或粒狀材料(liào)中，然後幹燥(zao)固化即可成(chéng)爲堅固的凝(níng)🔅膠結構，會産(chǎn)生較大的粘(zhan)結性;④ 良好的(de)耐溫性;⑤矽溶(rong)膠具有高度(du)的分散性、較(jiao)好的耐磨性(xing)和良好的透(tou)光性等，因此(cǐ)可以做良好(hao)的分散劑、防(fang)腐劑、絮凝劑(jì)、冷卻劑等等(děng)。下面對矽溶(rong)🐪膠部分經典(dian)應💃用簡單整(zhěng)理。

　　1、催化劑載(zai)體

　　矽溶膠具(jù)有較大的比(bǐ)表面積，制得(de)的矽膠粒子(zi)均✔️勻🌐，孔💜徑和(he)分布容易控(kong)制，是制備催(cuī)化劑載體的(de)最佳原料。氧(yang)化矽是第二(èr)大的催載體(tǐ)原料(一哥是(shì)氧化鋁)。

　　案例(li)：美國Sohio化學公(gong)司氨氧化法(fa)制備丙烯腈(jing)所用的👅催化(hua)👣劑C41，就🛀🏻是🔆将催(cuī)化劑活性組(zu)分與矽溶膠(jiao)混合，經噴霧(wu)幹燥後制⁉️得(de)的☎️，其活性分(fèn)布均勻，能使(shǐ)丙烯腈産率(lü)提高30%~40%。

　　2、半導體(ti)基片抛光

　　20世(shi)紀60年代以前(qian)，半導體基片(pian)抛光還大都(dōu)沿用微米🌈級(jí)🎯磨料機械抛(pao)光，得到的機(ji)械抛光表面(mian)存在嚴重💋損(sun)傷。1965年Walsh和Herzog提出(chu)SiO2溶膠和凝膠(jiāo)抛光後，以SiO2漿(jiang)料爲代表的(de)化學機械抛(pāo)☎️光工藝就逐(zhú)漸⛹🏻‍♀️代替了以(yǐ)上舊方法。

　　而(ér)二氧化矽水(shuǐ)溶膠則是目(mu)前最具代表(biao)性的CMP用抛光(guang)漿料😘研磨微(wēi)粒。目前主要(yào)采用分散法(fa)，即将納米SiO2粉(fen)末利用機械(xie)手段分散于(yú)水溶液中以(yǐ)獲得SiO2 CMP漿料。研(yan)究證明，在相(xiang)同的抛光條(tiao)件下，磨料的(de)顆粒大小✏️、形(xing)狀和單分散(sàn)性等是影響(xiang)抛光表面質(zhi)量的重要因(yin)素。目前，在矽(xi)晶片化學機(ji)械抛光中📐普(pu)遍使用粒徑(jing)50～80nm左右的球形(xing)二氧化矽磨(mo)料。将粒子的(de)矽溶膠做🈚單(dan)晶矽抛光劑(jì)，不僅效果好(hao)，而且抛光速(sù)度快。

　　3、紡織工(gong)業

　　可以用做(zuò)紡織上漿助(zhù)劑，減少斷頭(tou)率;在織物染(rǎn)色中使用，因(yīn)具有粘結性(xìng)，可以形成優(yōu)良的保護液(yè)，增加染🛀🏻色的(de)☎️附着🏃🏻‍♂️力等等(děng)。

　　案例：矽溶膠(jiāo)與油劑并用(yong)，對羊毛進行(hang)噴霧或浸漬(zì)處🏃🏻理🤩，改🛀🏻善了(le)羊毛的可紡(fang)性，減少了斷(duan)頭，防止了飛(fēi)🈲花，提高了成(cheng)品率。

　　4、造紙工(gōng)業

　　作爲感光(guāng)紙的處理劑(ji)，玻璃紙的防(fang)粘劑，其他辦(bàn)公用紙經處(chu)🔴理後，可以提(tí)高打印效果(guo)，使顯色更加(jiā)鮮明。

　　案例：把(ba)粉碎過的金(jīn)屬矽粉直接(jie)與加熱到一(yī)定溫度的矽(xi)酸💞鈉或矽酸(suan)鉀反應制備(bèi)出的高濃度(dù)、低粘度矽溶(róng)膠施于包裝(zhuang)水泥的牛皮(pi)紙或紙闆的(de)表面，可以防(fáng)止其堆✉️集時(shi)的☂️滑落，并可(ke)改善紙品的(de)耐濕性和強(qiáng)度;玻璃紙的(de)缺點之一是(shi)溫度升高時(shí)發粘，如果用(yong)矽溶膠和甘(gān)油、單硬脂肪(fáng)酸等組成的(de)蠟狀物質處(chù)理，則可克服(fu)這個缺點。

　　5、陶(táo)瓷纖維高溫(wen)粘接劑

　　把矽(xi)酸鋁纖維用(yòng)矽溶膠浸漬(zì)，加促凝劑，用(yong)做保溫絕熱(rè)材料;做高溫(wen)爐的耐火磚(zhuān)的表面粘結(jié)劑，粘結強度(du)高，耐高溫(1000℃以(yi)上)，節約㊙️能源(yuan)，對爐子改造(zào)既節約，又方(fang)便。

　　6、泡沫橡膠(jiāo)增強

　　在幹橡(xiang)膠中加入5%的(de)矽溶膠，就可(ke)以使多孔泡(pao)沫橡膠增👨‍❤️‍👨強(qiáng)20%，對一定體積(ji)的橡膠而言(yán)，因爲彈性提(tí)高，可以節🈲省(sheng)20%的橡膠。

　　7、用在(zai)固體蓄電池(chí)的電解液

　　普(pu)通鉛酸蓄電(dian)池使用壽命(ming)短，使用矽溶(róng)膠可以配置(zhi)成膠體蓄電(diàn)池的凝膠電(dian)解液，就大大(da)提高了蓄電(diàn)池的使💔用壽(shou)命;同時，普🔆通(tōng)電解液硫酸(suan)，在機動車急(jí)轉彎時容易(yi)溢出，但固體(ti)蓄電池電解(jiě)液的使用就(jiu)很好的解決(jué)了這個問題(tí)，有效的防止(zhi)了硫酸的滲(shèn)漏和溢出，避(bi)免了污染環(huan)境。

　　8、應用于精(jīng)密鑄造業

　　陶(tao)瓷薄殼型(熔(rong)模)精密鑄造(zao)法，就是由于(yu)使用了矽溶(rong)🚶‍♀️膠才發展起(qi)來的。用矽溶(róng)膠代替矽酸(suān)酯可降低成(chéng)本，改善操作(zuo)條件。用小粒(lì)子直徑矽溶(róng)膠制造的薄(báo)殼強度大、光(guang)潔度好，可大(da)大🧑🏾‍🤝‍🧑🏼提高鑄件(jian)質量和尺寸(cùn)的精密度。

　　更(geng)多其他應用(yòng)

　　矽溶膠可以(yǐ)作爲啤酒、蘋(ping)果汁、葡萄酒(jiu)、米酒、醬油的(de)🔱澄清劑，不影(ying)響色、香、味，對(duì)人體無毒害(hai);用矽溶膠處(chu)理的🥰裝潢💋物(wù)品，可使其抗(kàng)污染性提高(gao)二倍，可見矽(xi)🔴溶膠也是壁(bì)布表面的有(you)效防污劑;用(yong)矽溶膠制取(qǔ)的防滑地闆(pan)蠟，在工業和(hé)民用中已負(fù)盛名，細小的(de)二氧化矽粒(lì)子粘附在地(dì)闆表面的蠟(là)🐆膜上，防滑效(xiào)💰果好，且不影(yǐng)響光澤度。矽(xi)溶膠能夠使(shi)塗料牢固，具(ju)有耐水，耐火(huǒ)，耐污，耐高溫(wēn)，塗膜硬度大(dà)，色澤鮮豔，不(bu)褪色等優點(dian)，還可以應用(yòng)于耐酸、耐堿(jiǎn)、防火塗料和(hé)遠紅外線輻(fu)射塗料。

　　同泰(tài)化學納米二(er)氧化矽産品(pin)介紹：

　　同泰化(hua)學代理諾力(li)昂Levasil納米二氧(yang)化矽産品，包(bao)含了數十種(zhǒng)産品，廣泛用(yong)于塗料、造紙(zhi)、抛光、蓄電池(chi)、精密鑄造、催(cui)化載體、食品(pin)、耐火材料、紡(fang)織纖維處理(lǐ)、塑料薄膜塗(tú)層、清洗劑、顔(yá)料分散和土(tǔ)木工程等多(duō)個方面。諾力(lì)昂公司的水(shui)性納米二氧(yǎng)化矽分散液(yè)采用先進的(de)自動化生産(chan)線和過程控(kòng)制系統，在原(yuán)材料檢測、生(shēng)産過程監測(ce)和成品質量(liang)控制等多個(ge)方面嚴格把(ba)關，産品質量(liàng)穩定可靠。我(wǒ)們有能力爲(wei)客戶提供高(gao)品質的産品(pin)和服務，與客(ke)戶發展長期(qī)戰略合作夥(huo)伴關系。

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