水玻璃制备硅溶胶

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山　东　化　工

SHANDONGCHEMICALINDUSTRY　　　　　　　　　　　　2008年第37卷

专论与综述

硅溶胶的制备与应用

马纯超,郑典模

(南昌大学环境科学与工程学院,江西南昌　330031)

摘要:文章介绍了硅溶胶的主要性质和应用领域,以及国内外硅溶胶领域的发展现状,并阐述了硅溶胶制备的基本方法及其优缺点。离子交换法、单质硅水解法是目前工业化最成熟的工艺。开发新的硅溶胶制备工艺,制造高浓度、高纯度、高稳定性、特殊用途硅溶胶产品是硅溶胶制备研究的发展趋势。关键词:硅溶胶;制备;应用

中图分类号:O648.16;O612.4　　　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1008-021X(2008)05-0026-04

ManufactureandApplicationofSilicaSols

MAChun-chao,ZHENDianmo

(CollegeofEnvironmentalScienceand　330031,China)Abstract:Itwassuonofsilicasols,andalsointroduceddevelopmenttheworld.Besides,itwasexpoundedofbasicmethodsofa

硅溶胶

来源：世界化工网 http://www.myworldchem.com

硅溶胶又称硅酸水溶液，是水化的二氧化硅的威力分散于水中的胶体溶液，是一个热力学不稳定体系。其胶粒一般在1~100nm范围内，工业上用得最多的是粒径为10~20nm，并加有少量稳定剂的水溶液。硅溶胶的体系甚为复杂，形成机理尚未完全弄清。有实用意义的硅溶胶浓度一般是SiO2浓度（W%）≥10%，商品硅溶胶一般是30%~40%。所以这里所指的硅溶胶即是指SiO2浓度（W%）≥10%的高浓度硅溶胶。

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，他们都是重要的而精细化工产品，具有不同的重要用途：如碱性硅溶胶在静谧铸造，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，及从国内引进的经典植绒技术上应用等。

我国生产硅溶胶开始于50年代，在过去的30多年中，世界发达国家硅溶胶的生产已有了长足的进步，现已能制得系列硅溶胶产品，最高浓度（SiO2）达60%。我国的情况虽也有了较大进步，但在研制和生产中，不论品种，数量和质量，还处于落后状态，应用开发更需要加倍努力。

1. 硅溶胶的性质

硅溶胶具有许多优良的特性，例如具有较大的比表面积，较高的吸附性与粘

硅溶胶

来源：世界化工网 http://www.myworldchem.com

硅溶胶又称硅酸水溶液，是水化的二氧化硅的威力分散于水中的胶体溶液，是一个热力学不稳定体系。其胶粒一般在1~100nm范围内，工业上用得最多的是粒径为10~20nm，并加有少量稳定剂的水溶液。硅溶胶的体系甚为复杂，形成机理尚未完全弄清。有实用意义的硅溶胶浓度一般是SiO2浓度（W%）≥10%，商品硅溶胶一般是30%~40%。所以这里所指的硅溶胶即是指SiO2浓度（W%）≥10%的高浓度硅溶胶。

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，他们都是重要的而精细化工产品，具有不同的重要用途：如碱性硅溶胶在静谧铸造，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，及从国内引进的经典植绒技术上应用等。

我国生产硅溶胶开始于50年代，在过去的30多年中，世界发达国家硅溶胶的生产已有了长足的进步，现已能制得系列硅溶胶产品，最高浓度（SiO2）达60%。我国的情况虽也有了较大进步，但在研制和生产中，不论品种，数量和质量，还处于落后状态，应用开发更需要加倍努力。

1. 硅溶胶的性质

硅溶胶具有许多优良的特性，例如具有较大的比表面积，较高的吸附性与粘

第3 9卷第 3期 21 0 0年 3月

辽

宁

化

工

Lio n e ia n usr a nig Ch m c lI d ty

V 13 N . o . 9, o 3 Ma c 2 1 r h, 0 0

大粒径高浓度硅溶胶的制备及其应用范渊卿，陈连喜，白向鸽(汉理工大学，湖北武汉 40 7 武 30 0)

摘

要：大粒径、 高浓度硅溶胶具有优良的性能，泛应用于电子工业、广陶瓷工业、涂料工业等。

概述了大粒径、高浓度硅溶胶的研究概况、粒径生长原理、浓缩机理、制备、稳定性影响因素及在工业中的应用。

关

键

词：大粒径高浓度硅溶胶；性质；应用文献标识码： A 文章编号： 10 0 3 (0 0 0 0 8— 6 0 4— 9 5 2 1 )3— 2 1 0

中图分类号： T 3 . Q4 3 5

硅溶胶…为二氧化硅聚集颗粒在水中形成

的分散体系，其良好的分散性、结性，泛应因粘广用在铸造、纸、料等行业。其分子式可表示为造涂[ i: H O] mSO n 。根据不同 p值范围，分为 H可酸性及碱性两种硅溶胶。以下为 2种硅溶胶的胶团结构式： 酸性硅溶胶的胶团结构式为：l ( i 2 H3 i3) ([ SO m n SO+一一H c一] n 1 ) 1}C一

1国内外研

第3 9卷第 3期 21 0 0年 3月

辽

宁

化

工

Lio n e ia n usr a nig Ch m c lI d ty

V 13 N . o . 9, o 3 Ma c 2 1 r h, 0 0

大粒径高浓度硅溶胶的制备及其应用范渊卿，陈连喜，白向鸽(汉理工大学，湖北武汉 40 7 武 30 0)

摘

要：大粒径、 高浓度硅溶胶具有优良的性能，泛应用于电子工业、广陶瓷工业、涂料工业等。

概述了大粒径、高浓度硅溶胶的研究概况、粒径生长原理、浓缩机理、制备、稳定性影响因素及在工业中的应用。

关

键

词：大粒径高浓度硅溶胶；性质；应用文献标识码： A 文章编号： 10 0 3 (0 0 0 0 8— 6 0 4— 9 5 2 1 )3— 2 1 0

中图分类号： T 3 . Q4 3 5

硅溶胶…为二氧化硅聚集颗粒在水中形成

的分散体系，其良好的分散性、结性，泛应因粘广用在铸造、纸、料等行业。其分子式可表示为造涂[ i: H O] mSO n 。根据不同 p值范围，分为 H可酸性及碱性两种硅溶胶。以下为 2种硅溶胶的胶团结构式： 酸性硅溶胶的胶团结构式为：l ( i 2 H3 i3) ([ SO m n SO+一一H c一] n 1 ) 1}C一

1国内外研

1 硅溶胶概述

1.1硅溶胶定义及介绍 1.1.1硅溶胶简介

中文名称：硅溶胶；英文名称：silica sol ；分子式：mSiO2·nH2O。硅溶胶是二氧化硅的胶体微粒分散于水中的胶体溶液，又名硅酸溶胶，或二氧化硅水溶胶。外观多呈乳白色或淡青透明的溶液状。多呈稳定的碱性，少数呈酸性。硅溶胶中SiO2的浓度一般为10%～35%，浓度高时可达50%。硅溶胶粒子比表面积为50～400 m2／g，粒径范围一般在5～100nm，即处于纳米尺度，与一般粒径为0.1～10μm的乳液相比，其颗粒要小得多。 硅溶胶的胶团结构用以下化学式表示

（1）物理性质：硅溶胶属胶体溶液，无臭、无毒。因为在硅溶胶当中的二氧化硅含有大量的水及羟基，因此硅溶胶的表达式为SiO2.nH2O。硅溶胶没有什么毒性，可以普遍的应用于有人的地方。因为硅溶胶的胶体粒子非常的小，有着相当大的表面积。另外，它没有什么味道，不会被人轻易的发现。胶体粒子的是无色透明的，因此不会影响覆盖物的本色。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。

（2）化学性质：硅溶胶当中存在着许多的二氧化硅，因此，不能应用于那些能与二氧化硅反应的地方，如它能与氢氧化钙发生反应，生产硅

《水玻璃的种类及基本特征》

水玻璃是各种硅酸盐（包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂等）水溶液的总称。 ㈠钠水玻璃，又称“泡花碱”。化学表达式为：Na2O2mSiO22nH2O,表达式中的“m”俗称为：“模数”，它为：SiO2与Na2O的摩尔比。钠水玻璃不同模数m和含水量n的水玻璃具有不同的化学结构形态。

㈡木材用的水玻璃的模数m一般为：Na2O（氧化钠）含量的9.2% SiO2（二氧化硅）29.5%，Na2O/ SiO2质量比为：3.2m（模数）分子量122.06粘度20℃/PR2S0.4（涂-4杯为99s）这种规格的水玻璃可用作胶合板使用。可采用模数为：3.2-3.4m水玻璃的质量浓度一般为：1.38-1.41g/cm3，而含水率n决定了水玻璃的质量浓度。

㈢硅酸钠是弱酸强碱盐，在干态时为白色或灰白色的团块或粉末，溶于水时，纯的钠水玻璃外观为无色粘稠液体，ph值为11-13，它的粘合强度比淀粉胶高但比骨胶、酪蛋等稍差。干燥后的胶膜是脆性的，而且不溶于水，耐热，耐火性都很好，此胶是强碱性的易污染被粘物，当然可以用酸中和，但这样又易产生游离硅胶，这是它的缺点。

㈣它是由40%的纯碱和50%以上的硅砂等，通过高温反应智能工程的硅酸钠成品含量氧化钠在7%

《水玻璃的种类及基本特征》

水玻璃是各种硅酸盐（包括硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂等）水溶液的总称。 ㈠钠水玻璃，又称“泡花碱”。化学表达式为：Na2O2mSiO22nH2O,表达式中的“m”俗称为：“模数”，它为：SiO2与Na2O的摩尔比。钠水玻璃不同模数m和含水量n的水玻璃具有不同的化学结构形态。

㈡木材用的水玻璃的模数m一般为：Na2O（氧化钠）含量的9.2% SiO2（二氧化硅）29.5%，Na2O/ SiO2质量比为：3.2m（模数）分子量122.06粘度20℃/PR2S0.4（涂-4杯为99s）这种规格的水玻璃可用作胶合板使用。可采用模数为：3.2-3.4m水玻璃的质量浓度一般为：1.38-1.41g/cm3，而含水率n决定了水玻璃的质量浓度。

㈢硅酸钠是弱酸强碱盐，在干态时为白色或灰白色的团块或粉末，溶于水时，纯的钠水玻璃外观为无色粘稠液体，ph值为11-13，它的粘合强度比淀粉胶高但比骨胶、酪蛋等稍差。干燥后的胶膜是脆性的，而且不溶于水，耐热，耐火性都很好，此胶是强碱性的易污染被粘物，当然可以用酸中和，但这样又易产生游离硅胶，这是它的缺点。

㈣它是由40%的纯碱和50%以上的硅砂等，通过高温反应智能工程的硅酸钠成品含量氧化钠在7%

样品制备（溶胶-凝胶法）

一：实验目的

1. 了解溶胶-凝胶法制备样品的基本原理以及影响胶体形成的几种基本因素。

2. 通过实验可以系统、规范、和熟练地掌握化学实验的基本操作和基本实验技能。

3. 结合所学的物理和化学方面的知识，设计样品的相关物理与化学表征过程，了解 相关的样品表征技术和样品数据分析。

4. 了解相关化学实验废弃物的处理相关知识，提高学生的环保意识。 二：溶胶-凝胶过程的基本原理

1846年法国化学家J.J.Ebelmen用SiCl4与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。20世纪30年代W.Geffcken证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。1971年德国H.Dislich报道了通过金属醇盐水解制备了SiO2-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多组分玻璃。1975年B.E.Yoldas和M.Yamane制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。80年代以来，在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。

溶胶-凝胶过程是一种胶体化学方法，是用含高化学活性组分的化合物作为前驱体（金属醇盐或金属无机盐）溶于有机溶剂或者去离子水中，在液相下将这些原料均匀混合，在控温搅拌的条件下并进行水解

样品制备（溶胶-凝胶法）

一：实验目的

1. 了解溶胶-凝胶法制备样品的基本原理以及影响胶体形成的几种基本因素。

2. 通过实验可以系统、规范、和熟练地掌握化学实验的基本操作和基本实验技能。

3. 结合所学的物理和化学方面的知识，设计样品的相关物理与化学表征过程，了解 相关的样品表征技术和样品数据分析。

4. 了解相关化学实验废弃物的处理相关知识，提高学生的环保意识。 二：溶胶-凝胶过程的基本原理

1846年法国化学家J.J.Ebelmen用SiCl4与乙醇混合后，发现在湿空气中发生水解并形成了凝胶。20世纪30年代W.Geffcken证实用金属醇盐的水解和凝胶化可以制备氧化物薄膜。1971年德国H.Dislich报道了通过金属醇盐水解制备了SiO2-B2O-Al2O3-Na2O-K2O多组分玻璃。1975年B.E.Yoldas和M.Yamane制得整块陶瓷材料及多孔透明氧化铝薄膜。80年代以来，在玻璃、氧化物涂层、功能陶瓷粉料以及传统方法难以制得的复合氧化物材料得到成功应用。

溶胶-凝胶过程是一种胶体化学方法，是用含高化学活性组分的化合物作为前驱体（金属醇盐或金属无机盐）溶于有机溶剂或者去离子水中，在液相下将这些原料均匀混合，在控温搅拌的条件下并进行水解