硅溶胶的现状及应用开发_陈荣三

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1、、沙飞户、沙、碑、 了,心户、洲、产、沪喃 曰、声陌沪 , 八曰人尹人产、 洲、户、户、户、产、产、 尹、八户、 产、 产、产、月、户、户内、尸、 产、 尹、户、产、八户、 尸、产、尸、八心硅溶 胶的现状及应用开发南京 大学配位化学研究所陈荣三奋,、尹、 尹, , ,、 产、润、尹,、 产、尹,、户、 洲, , ,、洲、 尹, 娜 ,、沙、训 、洲、产一、引言荷来维持。硅溶胶(Silie aSole,Col loidaliSli ca) 又称硅酸水溶胶,是水化的二氧化硅微粒分散于水 中而形成的胶体溶液。商品硅溶胶的历史,最早可追溯到1915年,Soh-we r i n用电渗析法从硅酸钠溶 液制

2、备硅溶胶,并且取得专利权(。众所周知,不 稳定的、不定型的、极稀的硅溶胶是没有实用意义的,所以本文只讨论胶粒直径5nm、5 102浓度1 0 肠 (重量)的硅溶胶。硅溶胶具有较大的比表面、较大的吸附性、较好的粘结性、较高的耐火绝缘性等优良性能,所以作为 一种精细化学品,一出现就受到人们的重 视。随着科学的发展和技术的进步,应用范围正在逐步扩大。本文对具有优异性能的精细化学品硅浴胶生产技术现 状及其用途作一综合介绍,希望引起各界重 视,迅速改变国 内在硅溶胶方面的落后面貌,使这个有用 的产.针,为四化多作贡献。二、生产技术现 状目前世界上生产的主要硅溶胶有美国杜邦公司Ludo x系列、美国纳尔柯

3、公司的Na l-c oag系列、日本日产化学公 司的Snowtex系列、英国孟山都公 司的Sy ton系列等。据估计,世界硅 济胶的年产 量约在 十 万吨以上。农1列出 了国外常JIJ的商品硅济胶的牌号及产 品性质,这 些 品种 的二氧化硅浓度2 0、50呱、微粒直径7、3 6nm,大多数呈碱性,用NaOH或NH3作稳定剂,少 数为酸性,属亚稳态,其稳定性用特殊的纯化法、或加人极性 溶剂、或外涂A l20:使之带正电一王卜我国硅 溶胶的生产始于五十年代,但是不论品 种、产 量或质量目前还处于落后 状态。现将 国内 品种较全的武进硅 溶胶厂 (原名郑陆区化工厂)及其它厂家的若干品种的性质列于表2

4、。硅溶胶的制法很多,大致可划分为两大类。一类是可溶性硅酸盐溶液经酸化成为硅酸济 液,硅酸经聚合、聚集成大的胶粒,分散于溶 液中。这称为聚合法,包括离子交换法、电渗析法、硅粉溶解法、超过滤 法等。另一类是将大颗粒的硅凝胶粉碎为胶粒,用以制成胶体溶 掖。这称为解聚法,例如解胶法等。我国现在生产商品硅溶胶基本上采用离子交换法,也有个别工厂 试用其它方法,如成都化学试剂厂采用超过滤法。离子交换法是将稀水玻璃( 硅酸钠)溶液通 过离子交换树脂处理 后浓缩而成浓硅溶胶。该法能耗较大,生产周期较长,因此改进工艺迫在眉捷。我所实验室已有“一步法”经验,即水玻璃制硅溶胶不必先稀释后浓缩,不过浓度尚只能达到1 5

5、肠510:。硅 溶胶体系甚为复杂,形成机理尚未十分清楚,特别是和发达国家相比,国内应用范围较窄,许多方面有待开拓。南京大学配位化学研究所多年来一直从事该项研究,在理论和应 用方面均有所建树。(“一心三、硅浓胶的稳定性若安合理地 应用硅 济胶,必须了解它 的重要性质稳定性,因为硅 溶胶旦失 去稳定就 不复存在,而是转变为 另 一 种物质 硅凝胶(SilieaGel)。硅溶胶是含有大 量水化S旧:胶粒的分也诱表1国外常用商品硅溶胶的性质1502%稳类5102 N蔽。粒径 牌号PH 型n】n比表面mZ.8一lU八Un甘nn一丹JnJ内D口Ul人O 自1 C 1J.人,自,曰,上咋1上J住11,自9曰

6、1盖9。79。09。99。04。4八曰一匀J值咦QUO自一a,1.几内O刀吮 q 比 Ul jUn甘nn甘内” “UC甘口ql勺,曰.月任Od奋美国Ludo xHS一40TMSMA S130M(带正 电荷)美国Nale o asNa20Na20Na20N H3Cl0。140.9113010 5023274ID0 11034ANaZONazoNHsO。650。350。104614 31 0。09。09。3817一2 52 037 5120一1761503。116一2 0135一190八曰n甘n甘月q勺dl心J任 nJ日本Snowtex2 030ONa20Nazo.0。3 30。69。5一109。

7、5一10。53一410一2 01 0一2010一20nn甘一卜匕八U八“八日,曰q口nU一尸a二月了厅,上八O户O八己qUCQ11八甘0UnOU工勺n口0口j英国Sy tonW30丫V5 0T30D309。8一10。C9。8一10。69。6一10。艺表2国内若干商品硅溶胶的性质扣武进硅溶胶厂5 5一1355一2 05 5一2 55 5一30广S一4 0HS一2 513士120土12 5士130土140土125土1811i11O。5一吕J 性月了,土n11上, 白. 11.一11 ,月一上海试剂二厂24。630O。321。179。38。961北京长虹化工厂 9 0 一创l一- 叫 r 曰 一一,

8、 - , 一-一 一一一一一一- 一率郁化学试剂厂27。30。161。188。84。9 51一1 1一嫌散体系,它的最大特征是具有巨大的表面自由能,这是由于分散介质间有极大 的界面 的缘故。根据最小自由能原理,储存着大量自由能的体系是热力学不稳定的。而在实际上,硅溶胶可以保存相当长的时间。为 了说明这个问题,得简要地说一说硅 溶胶的结构。硅溶胶的胶核是由成千上万个5 10:分子组成的紧密聚合体。胶核从周围水溶液中有选择性地吸附某种反离子,而反离子的一部分密聚在紧密层内,受到胶核的静电吸引。胶核和紧密层所组成的粒子称为胶粒,胶粒是荷电的。还有另一部分反离子以扩散层形式围绕于胶粒四周而组成胶团,整

9、个胶团是电中性的。以钠稳碱性硅溶胶胶团为例,其化学组成为:(msiOZxsiO3“一)“(Zx一Z)Na+Z Na十式中,(msiOZxsiO3“一)“表示胶核,部分表示胶粒,毛 表示整个胶团。同样,以H CI调节的强酸性硅溶胶胶团的化学组成为: (msiOZxH:5103十)嚣(x一Z)C l一ZCI一胶粒和溶液 间的电位差就是硅 溶胶的电动电位。碱性硅溶胶的电位是负的,由于胶粒表面具有电性相同的负电位,有静电排斥作用,从而使硅溶胶有相当的稳定性。电位越高,硅榕胶的稳定性越好。同理,电位是正的强酸性硅溶胶也有相 当的稳定性,不过对这种硅溶胶还在研究阶段。值得一提的是,强酸性硅溶胶和表(1,2

10、)所列商品酸性硅络胶并不相同,前者比后者酸度要 大得多。狱碑胶粒子间一旦 互相联结,在整个容积范!l l内形成网状支架结构,并将水溶 液全包含在内而失去流动性,成为 冻状硅凝胶。硅溶胶成为 硅凝胶的作用称为胶凝作用。影响胶凝作用 的因素有pH值、胶粒大小、51 02浓度、电解质浓度以及 溶 液 温度等,但一12一其中以pH值影响最大。实验表明,胶凝时间一pH曲线呈英文大 写字母“N”形。通常,pHS一1 0的曲线尾部是硅溶胶的稳定形,pHS一6的曲线最低点是硅 溶胶的最 易胶凝区,pH3左右的曲线最 高 点上硅溶胶处于亚稳态,pH 1 0.5时硅溶胶逐渐溶解为碱金属硅酸盐挤 液。四、应用的开发

11、 国内硅溶胶应用技术未得到充分开发,而且所有的应 用技术均属专利,所以尽管硅溶胶具有许多优良性能,应用的范围受到限制。一些作者曾介绍过硅溶胶的应用(),本文择要再作进一步叙述。1、催化剂和催化剂载体用不 同粒径的硅溶胶可制得不同表面积、孔径和 机械强度的催化剂或催化剂载体。例如,用4 0帕510:、粒径为Zonm的硅 溶胶制成C4 1或C49丙烯睛催化剂载体。用3 0肠510:、粒径1 0nm的硅溶胶制成分子筛。2、无机粘结剂用硅溶胶粘结某些丝状或粒状无机物,干燥后 即成耐高温的硬硅胶物质。例如,精密铸造:用硅溶胶 与耐火材料交替涂布于铸件蜡模上,藉以制得薄壳熔模。此壳型强度大,铸出的铸件光洁

12、度好、精度高,且无烟雾、无腐蚀、不燃烧。比常用的水玻璃造型质量好,又比使用硅酸乙醋造型价廉。无机纤维制品复盖剂:硅济胶加结晶钦酸钾后,可作为玻璃、石棉和硅铝等纤维的复盖剂,这种复盖纤维制成的垫子、网带、绳和耐高温布等制品既有高表面强度又有柔 软性,经济价值很高。高强度陶瓷材料:硅溶胶和磷酸铝 的混合液中加人含错石或氧化 钻或A I:03的耐火粉制成。3、增摩剂 在地板蜡中加硅 溶胶,在织物纤维、水泥纸袋 和铁轨上涂布硅 溶胶,都可增 加摩擦 力,防 止打滑。4、抗污、抗静电剂硅济胶填人 物质表面的微孔中形成一种超光滑、憎油的表面,可以防污。如在墙纸、窗 帘、画而上 涂盛科技市场 转让成果1、2

13、、3、4、j5、6、7、8、9、10、11、12-13、14、15、16、17、18、91、20、21、2 2、23、24、2 5、26、27、28、小型铁氧体加载天线制取颗粒肥料的新型 流化床造粒塔N2 5D型碳按化肥造粒机N2 5G型杀虫双大颗粒剂农药造粒机新型微波陶瓷材料共聚珠光有机玻璃生产热管和热管换热器工业冷却水 的水质稳定技术燃煤电厂输灰管道防垢新型 阻垢剂马来醉共聚物可发性聚苯乙烯粒度控制人造大理石 生产含氰化钠废水处理新技术低温合成粉煤灰喷射水 泥碳化煤球渣 生产水泥稀土元素着色结晶釉VM水乳粘合剂生产磷含量监测仪均苯四甲酸二醉合成新工艺熔融法制白水泥劣质原料低温快速烧成釉面砖

14、NDL一01型阻燃剂矿渣碱水泥 和磷渣碱水泥生 产废玻璃丝生产玻璃马赛克静态破碎剂磷系列水质稳定剂乙二醛生 产新工艺水泥减水剂29、N ZH除臭灵3 0、粉状物料脉冲气力输送技术31、超高各向异性压电换能器材料23、DGC型动态污垢监测仪33、膏糊状物 料快速干燥器34、甲基叔丁基醚法分离碳四馏份及甲墓叔丁基醚裂解制高纯度异丁烯53、丁苯毗胶乳生产3 6、邻硝基苯甲醚催化新工艺37、有机硅乳液生 产83、有机硅建筑防 水剂3 9、KPI耐酸胶泥生产40、水质稳定技术4 1、硝基苯(硝基 甲苯)加氢42、混合硝基甲苯连续分离技术43、邻(对)硝基苯甲醚加氢技术4 4、2000 0吨/年联碱工程5

15、4、50 0 0吨/ 年环氧丙烷 工 程46、8400吨/年聚 醚工 程4 7、800吨/ 年破乳剂工程48、20 000吨/ 年烧碱工 程94.200吨/年速灭菊酉篆程50、100 0吨/年乙醇胺工程51、高效低毒农药二氯苯醚菊酚开发设计5 2、高效低毒农药氯氰菊醋开发设计53、高效低毒农药粉锈宁开发设计54、高效低毒农药久效磷开发设计按:需接产单位请与编辑部联系拓硅溶胶和在地毯等织物上涂硅 溶胶而成膜,以及尼龙织物经带正 电荷的涂铝硅 溶胶处理,均可 防 污、抗静电。5、硅片光滑剂在 电子工业 中,用高pH的硅溶胶为光滑剂,可将硅单 晶切割成极光滑 的硅片。6、涂料硅 溶胶作为涂料成膜物性

16、能优异,硅溶胶涂料是极有开发前途的产品。建筑涂料:硅溶胶中加些有机物混合而制成,能抗紫外线、耐高温、耐污染、无 毒性,是理想的外墙涂料。例如,有一种由硅溶胶加表面活性剂、合成树脂乳胶及氨基树脂胶体组合而成的硅溶胶涂 料,在 外皮膜( 下转第1 6页)一13一八冉六六么六六穴久国内商 情丫丫丫丫如丫丫丫丫塑料门窗生产近 况徐州塑料十厂从意大利引进塑料门窗型材挤出线,从联邦德国引进 全套塑料门窗组装设备,年产能力5万套。并和北京化工研究院合作试制出BH一l型 塑料门窗。产品 经中国建筑科学院物理所检定,气密性、水密性和抗风压强度等指标优于BH一I型。估计使用寿命达5 0年左右。太原化工厂化学建材分厂从奥地利辛辛那提公司引进年产八 万套塑料门窗和2 0 万平方米异形材的生产装置已正式投产。济南市天桥钢塑门窗工业公 司研制成功塑料和侣合金型材两用的切割及 组装设备,其性能是夹

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