二氧化矽膠(jiāo)體微粒的溶液“矽(xī)溶膠”能幹啥？

　　Silica Sol矽溶(rong)膠是二氧化矽膠(jiāo)體微粒在水中均(jun)勻分散形成的📧膠(jiāo)體溶液，具有許多(duō)優良性質和特點(dian)，作爲一種精細化(hua)工産品，現已被廣(guǎng)泛應用于化工、材(cai)料、紡織、造紙、電子(zi)等工業領域。早在(zài)1915年，Schwerin首次㊙️以水玻璃(li)爲💯原料，采用電滲(shèn)析法制備出含二(èr)氧化矽質量分數(shu)🌍2.4%的矽溶膠，隻是濃(nóng)度太低，并沒有什(shi)麽實際應用意義(yi)，1941年Bird利用離子交換(huan)法制得高濃度的(de)矽溶膠後，才得以(yǐ)大規模的生産和(hé)應用。本文将對“矽(xi)溶膠”的制備工藝(yì)及應用範疇做簡(jian)單整理。

　　不同濃度(dù)的矽溶膠

　　一、簡單(dān)了解一下矽溶膠(jiao)

　　矽溶膠外觀爲乳(rǔ)白色半透明的膠(jiāo)體溶液，多呈穩定(dìng)的堿性，少🌈數呈酸(suān)性，矽溶膠中SiO2的濃(nong)度一般爲10%~35%，濃度高(gao)時可達50%。矽溶膠粒(lì)子比表面積爲50~400m2g，粒(li)徑範圍一般在5~100nm，處(chù)💚于納米尺度，與一(yī)般粒徑爲0.1~10um的乳液(yè)相比，其顆粒要小(xiǎo)得多，分子式可表(biao)示❌爲mSiO2.H2O，矽溶膠的膠(jiāo)團結構用以下化(huà)學式表示。

　　二、二氧(yang)化矽膠團結構

　　矽(xi)溶膠是具有膠體(tǐ)特性、質點近似球(qiu)體、帶負電的溶膠(jiao)👌，ζ電位、布朗運動及(ji)足夠的溶劑阻隔(ge)三大因素賦予其(qi)聚結穩定性和動(dòng)力學穩定性，膠粒(lì)爲介穩❗相，始終存(cún)在自發聚結的傾(qīng)向。三大穩定因素(su)隻要有一種被削(xue)弱，它就會自動聚(jù)結，産生凝膠或聚(jù)沉。矽溶膠粒子的(de)内部結構爲矽氧(yang)烷鍵(-Si-O-Si-)，表面層由許(xu)多矽氧醇基(-SiOH)和羟(qiang)基(-OH)所覆蓋，它們同(tóng)膠體溶液中存在(zài)的堿金屬離子💃🏻一(yi)起形成擴散雙電(dian)層，粒子間的靜電(dian)作用對膠體溶液(yè)的穩定起重要作(zuo)用。

　　矽溶膠中二氧(yǎng)化矽的粒子大小(xiǎo)是一重要質量指(zhi)标，它🌈對溶膠的許(xu)多性能都有重要(yào)影響。首先，粒子大(da)小✏️影響👄矽溶膠的(de)穩定性，在等量穩(wen)定劑條件下，粒子(zi)越🏃🏻‍♂️大穩定性越好(hǎo)，粒子越小膠凝越(yuè)快。因此，爲🚩制造高(gao)濃度和性能穩定(dìng)的矽溶膠，應設法(fa)使粒子尺寸足夠(gou)大。通常粒徑大于(yu)20nm，濃度高于40%的矽溶(róng)膠通常被稱作大(da)粒✉️徑高濃度矽溶(rong)膠。

　　應用在催化劑(jì)載體和高耐火度(dù)要求的行業，所需(xu)要🤞的矽溶🏃‍♂️膠濃度(du)要達到40%左右，通過(guò)再濃縮法得到矽(xī)溶膠所能達到的(de)🏃‍♂️最高🌂濃度與其溶(rong)膠顆粒自身粒徑(jing)大小有關☁️，由于小(xiǎo)的粒子穩定性較(jiao)差，所以粒徑小于(yú)15nm的普通矽溶膠産(chǎn)品濃度一般隻能(néng)達到30%，而💃粒徑大于(yu)20nm的矽溶膠産品濃(nóng)度則可以達到40%甚(shèn)至50%以上。

　　三、矽溶膠(jiāo)制備方法

　　自矽溶(rong)膠問世以來，對其(qi)制備方法的研究(jiu)非常活躍。就原理(lǐ)而言，矽溶膠有2種(zhǒng)制備方法：①利用溶(róng)液中化學反應生(shēng)成的SiO2超微粒生長(zhǎng)、成核，制得矽溶膠(jiao)的方法爲凝聚法(fa);②利用機械将SiO2微粒(li)在一定條件下分(fen)散于水中💞制得矽(xi)溶膠的方法爲分(fèn)散法。就工藝而言(yan)，可分爲矽粉溶解(jie)法、離子交換法、膠(jiao)溶法、分散法📱等。

　　1、矽(xī)粉溶解法。采用無(wú)機或有機堿作催(cuī)化劑，以單質矽與(yu)純水反應來制備(bei)矽溶膠的方法稱(cheng)爲矽粉溶解法。

 

工(gōng)藝流程圖及反應(ying)方程式

　　工藝簡析(xi)：矽粉在堿的催化(hua)作用下，與水反應(yīng)，生成水合矽酸，水(shui)合矽酸在水介質(zhì)中逐漸聚合，由單(dān)體自行😘脫水漸漸(jiàn)聚合成二元體、三(sān)元體乃至多元體(ti)，即成爲水合矽😘酸(suān)的水溶液，就💋是矽(xī)溶🥰膠。工藝過程🈲中(zhong)的矽粉💋的活化主(zhu)要是爲了除去矽(xī)粉表面形成的惰(duò)性膜，較好的方法(fǎ)是先用質量分✏️數(shu)爲48%的氫氟酸洗滌(dí)，然後依次用純水(shui)、醇、醚沖洗，最後在(zài)氮👣氣保護下幹燥(zào)🐕。

　　該法的優點是矽(xī)溶膠成品中雜質(zhi)含量少，二氧化矽(xi)的膠粒粒形、粒徑(jing)、黏度、pH值、密度、純度(dù)等易控制，膠粒外(wai)形圓整均勻，結構(gou)緻密，矽溶膠的穩(wěn)定性較好。

　　2、離子交(jiāo)換法。離子交換法(fa)又稱粒子增長法(fa)，用水玻璃🈲爲原料(liao)。一🔞般步驟爲：陽離(li)子交換反應制備(bèi)活性矽酸溶液→調(diao)節活性🍓矽酸❤️溶液(yè)pH值→陳化制備晶種(zhǒng)→向含晶種的母液(ye)中添加活性矽酸(suan)溶液促使晶種生(sheng)💋長→最後純化濃縮(suō)制備得矽溶膠産(chǎn)品。

　　每個步驟對最(zuì)終矽溶膠産品均(jun1)有直接的影響。制(zhi)備均勻性良好的(de)晶種是制得優質(zhi)矽溶膠的基礎，晶(jing)種生長💔階段要嚴(yan)格控制矽酸溶液(ye)加入量使體系中(zhōng)矽酸濃度始終處(chu)于最低成核濃度(du)和飽和濃度之間(jiān)，防止産生新的晶(jīng)核，實現單純的粒(li)徑增長🥰。

　　3、電解電滲(shen)析法。電解電滲析(xī)法制備矽溶膠是(shì)一種電⭕化學方法(fa)。在電解電滲析槽(cao)中加入電解質，調(diào)節電解質溶🏃‍♂️液的(de)pH值，控制電解電滲(shèn)析反應的電流密(mì)度、溫度等反應條(tiao)件，在裝備有合适(shi)的電極(如析氫‼️電(diàn)極、氧陰⛱️極)的電解(jie)電滲析槽🍉中反應(yīng)後可制取矽溶膠(jiao)成品。該法制備矽(xī)溶膠的操作條件(jiàn)可控制，便🍓于優化(huà)矽溶膠成品的質(zhì)量，是‼️有開發價值(zhí)的電化學方法。

　　4、膠(jiao)溶法。膠溶法制備(bèi)矽溶膠是先用酸(suān)中和水玻璃溶液(yè)形成凝⭐膠，所得凝(níng)膠經過濾，水洗，然(ran)後加稀堿溶液✉️，在(zai)加壓加熱條🐆件下(xia)解膠即得溶膠。該(gāi)法制得💘的矽溶膠(jiao)粒徑分布較🔴寬，純(chún)度較低。

　　5、酸中和法(fǎ)。酸中和法一般采(cǎi)用稀水玻璃(Na2O.xSiO2)作爲(wèi)起始原料‼️，稀硫酸(suan)等無機酸作爲酸(suān)化劑。根據酸用量(liang)的不同，可制備酸(suān)性或堿性矽溶膠(jiao)。具體工藝步驟包(bao)👅括離子交換去除(chú)鈉離子、制備晶核(he)、酸☀️中和反應、晶粒(lì)增長。酸中和法制(zhì)得的矽溶膠一般(ban)雜✨質離子含😍量較(jiào)高，穩定性較差。

　　6、分(fen)散法。分散法是利(li)用機械方法将二(èr)氧化矽微粒分散(sàn)✍️在🐅溶✌️劑中制備矽(xī)溶膠的物理方法(fǎ)。有報道“利用合适(shì)的分散工藝和添(tian)加劑，可将氣相二(er)氧化矽🏃‍♀️粉末分🏒散(san)在水溶液中制得(dé)穩定時間高達1年(nián)，黏度低達1mPa·s的高性(xing)能矽溶膠。”

　　四、矽溶(róng)膠的基本特性及(ji)應用

　　性質決定用(yong)途，先來瞅瞅矽溶(róng)膠的特性：①具有較(jiào)大的☂️吸附性，矽溶(rong)膠中無數膠團産(chan)生的無數網絡結(jie)構空隙，在一定條(tiáo)件下能夠對無機(ji)物及有機物具有(yǒu)一定的吸附作用(yòng);②具有較大的比表(biao)面積;③矽溶膠👈具有(you)較好👄的粘結性，自(zi)身風幹即産生一(yi)定的粘結強度，但(dàn)強度較小，如果将(jiāng)矽溶膠加入到某(mou)種纖維🈲或粒狀材(cai)料💰中，然後幹燥固(gu)化即可成爲堅固(gù)💯的凝膠結構，會🔅産(chǎn)生較🌈大的粘結性(xing);④ 良好的耐溫性;⑤矽(xi)溶膠具有高度的(de)分散🈲性、較好的耐(nài)磨性㊙️和❄️良好的透(tou)光性等，因此可以(yi)做良好的分🌐散劑(jì)、防腐劑、絮凝劑🥰、冷(leng)卻劑等等。下面對(duì)矽溶膠部分經典(diǎn)應用簡單整理。

　　1、催(cui)化劑載體

　　矽溶膠(jiao)具有較大的比表(biǎo)面積，制得的矽膠(jiāo)粒子均勻，孔☀️徑和(hé)分布容易控制，是(shi)制備催化劑載體(ti)的最佳原料。氧化(hua)矽是第二大的催(cuī)載體原料(一哥是(shi)氧化鋁)。

　　案例：美國(guo)Sohio化學公司氨氧化(huà)法制備丙烯腈所(suǒ)用的🔞催化劑C41，就🔅是(shì)💰将催化劑活性組(zu)分與矽溶膠混合(he)，經噴霧幹燥後制(zhì)得的，其活🚩性分布(bu)均勻，能使丙烯腈(jing)産率提高30%~40%。

　　2、半導體(ti)基片抛光

　　20世紀60年(nian)代以前，半導體基(jī)片抛光還大都沿(yan)用微米級磨料機(jī)械抛光，得到的機(jī)械抛光表面存在(zai)嚴重損傷。1965年Walsh和♉Herzog提(tí)出SiO2溶膠和凝膠抛(pāo)光後，以SiO2漿料爲代(dai)表的化學🈲機械抛(pāo)光工藝就逐漸👣代(dai)替了以上舊方法(fa)。

　　而二氧化矽水溶(rong)膠則是目前最具(ju)代表性的CMP用抛光(guāng)漿🌂料研磨微粒。目(mù)前主要采用分散(san)法，即将納米SiO2粉末(mo)🔞利用機械🏃手段🌈分(fèn)散于水溶液中以(yi)獲得SiO2 CMP漿料。研究證(zhèng)🍓明，在相同的抛光(guāng)條件下，磨料的顆(kē)粒大小、形狀和單(dān)💋分散性等是影響(xiǎng)抛🔞光表面質量的(de)重要🛀🏻因素。目前，在(zài)矽晶片化學機械(xie)抛光中普遍使用(yòng)粒徑50～80nm左右的球💔形(xing)二氧化矽磨料。将(jiāng)粒子的矽溶💘膠做(zuò)🏃單晶矽抛光劑，不(bú)僅效果🔴好，而且抛(pāo)光速度快。

　　3、紡織工(gōng)業

　　可以用做紡織(zhī)上漿助劑，減少斷(duàn)頭率;在織物染色(sè)💛中使用，因具🧑🏽‍🤝‍🧑🏻有粘(zhān)結性，可以形成優(yōu)良的保護液，增加(jia)染色的附着力等(děng)等。

　　案例：矽溶膠與(yǔ)油劑并用，對羊毛(máo)進行噴霧或浸漬(zì)處🏒理🔱，改善了羊毛(máo)的可紡性，減少了(le)斷頭，防止了飛花(huā)，提高了成品率。

　　4、造(zao)紙工業

　　作爲感光(guang)紙的處理劑，玻璃(lí)紙的防粘劑，其他(tā)辦公用紙✉️經處理(lǐ)❄️後，可以提高打印(yin)效果，使顯色更加(jia)鮮✉️明。

　　案例：把粉碎(suì)過的金屬矽粉直(zhi)接與加熱到一定(dìng)溫🈲度的矽酸鈉🈲或(huò)矽酸鉀反應制備(bèi)出的高濃度、低粘(zhān)度矽溶膠施于包(bāo)裝水泥的牛皮紙(zhi)或紙闆的表面，可(kě)以防止其堆集時(shí)的滑落，并可改善(shàn)紙品的耐濕㊙️性和(hé)強度🔴;玻璃紙的🔅缺(que)點之一是溫度升(sheng)高時發粘☔，如果用(yong)矽溶膠和甘油、單(dan)🔞硬脂肪酸等組成(cheng)的蠟狀物質處理(lǐ)，則可克服這個缺(que)點。

　　5、陶瓷纖維高溫(wēn)粘接劑

　　把矽酸鋁(lǚ)纖維用矽溶膠浸(jìn)漬，加促凝劑，用做(zuo)保溫絕熱材料;做(zuo)高溫爐的耐火磚(zhuān)的表面粘結劑，粘(zhan)結強度高，耐高溫(wen)(1000℃以上)，節約🏃‍♂️能源，對(dui)爐子改造既節約(yuē)，又方便。

　　6、泡沫橡膠(jiao)增強

　　在幹橡膠中(zhōng)加入5%的矽溶膠，就(jiu)可以使多孔泡沫(mò)橡膠增強20%，對一定(dìng)體積的橡膠而言(yan)，因爲彈性提高，可(kě)㊙️以節省20%的橡膠。

　　7、用(yong)在固體蓄電池的(de)電解液

　　普通鉛酸(suan)蓄電池使用壽命(mìng)短，使用矽溶膠可(ke)以配置成膠體蓄(xù)電池的凝膠電解(jiě)液，就大大提高了(le)蓄電池的使用壽(shou)命;同😘時，普通電解(jie)液硫酸，在機動車(che)急轉彎時容易溢(yì)出，但固體蓄電池(chí)電解液的使用就(jiu)很好的解決了這(zhè)個問題，有效的防(fang)止了硫酸的滲漏(lòu)和溢出，避免了污(wu)染環境。

　　8、應用于精(jing)密鑄造業

　　陶瓷薄(bao)殼型(熔模)精密鑄(zhu)造法，就是由于使(shi)用了矽溶膠才發(fā)展🈲起來的。用矽溶(rong)膠代替矽酸酯可(kě)降低成本，改善😍操(cāo)作條件。用小粒子(zi)直徑矽溶膠制造(zao)的薄殼強度大、光(guang)潔度好，可大大提(tí)高鑄件質量和尺(chǐ)寸的精密度。

　　更多(duo)其他應用

　　矽溶膠(jiao)可以作爲啤酒、蘋(ping)果汁、葡萄酒、米酒(jiu)、醬油的🐇澄清劑，不(bu)影響色、香、味，對人(ren)體無毒害;用矽溶(róng)膠處理的裝潢物(wu)品，可使其抗污染(ran)性提高二倍，可見(jian)矽溶膠也是壁布(bu)表面的有效防污(wu)劑;用🐕矽溶膠制取(qu)的防滑地闆蠟，在(zài)工業和民用中已(yǐ)負盛名，細小的🐆二(èr)氧化矽粒子粘附(fù)在地闆表面的蠟(la)膜上，防滑效果好(hǎo)，且不影響光澤度(dù)。矽溶膠㊙️能夠使塗(tu)料牢🌂固，具有耐水(shui)，耐火，耐污，耐高溫(wēn)💃，塗膜硬度大，色澤(ze)鮮豔，不褪色等優(yōu)點，還可以❌應用于(yu)耐酸、耐堿、防火塗(tu)料和遠紅外線輻(fu)射塗料。

　　同泰化學(xué)納米二氧化矽産(chan)品介紹：

　　同泰化學(xué)代理諾力昂Levasil納米(mi)二氧化矽産品，包(bao)含了數十種産品(pǐn)，廣泛用于塗料、造(zao)紙、抛光、蓄電池、精(jīng)密鑄造、催化載體(ti)、食品、耐火材料、紡(fǎng)織纖維處理、塑料(liào)薄膜塗層、清洗劑(ji)、顔料分散和土木(mù)工程等多個方面(mian)。諾力昂公司的水(shuǐ)性納米二氧化矽(xi)分散液采用先進(jin)的自動化生産線(xian)和過程控制系統(tong)，在原材料檢測、生(sheng)産過程監測和成(cheng)品質量控制等多(duo)個方面嚴格把關(guan)，産品質量穩定可(ke)靠。我們有能力爲(wèi)客戶提供高品質(zhi)的産品和服務，與(yǔ)客戶發展長期戰(zhan)略合作夥伴關系(xì)。

　　産品及技術咨詢(xun)電話/Product Enquiry： +86-755-2722 5202 +86-157 9588 8262（吳經理）。