注：本文原发表于《材料工程》1997年第5期，如需PDF原文，请留下邮箱， 注明所需文章即可王兴业摘要：硅溶胶中二氧化硅粒度大小与尺寸分布对其性能有重大影响，为此提出了 二氧化硅粒径与比表面积应成为硅溶胶的重要性能指标，并对二氧化硅粒径与 比表面积的测定方法做了讨论关键词：硅溶胶；性能；二氧化硅粒径；比表面积1前言近几年，随着硅溶胶在精密铸造、毛纺工业、造纸技术、硅钢涂层、无机涂料、 催化剂载体、硅片加工等领域的广泛应用，人们更加注重硅溶胶品类及其标准的 划分在硅溶胶诸性能中，除二氧化硅含量、稳定剂类型及含量、pH值等技术 指标外，二氧化硅粒径及比表面积大小也极为重要，了解并掌握它的测试方法, 不但关系到其贮存稳定性，而且对于正确使用硅溶胶具有重要意义每一生产厂 商及使用部门都应掌握这一重要的质量控制手段，促使硅溶胶产品在我国标准 化、系列化工作中和国际同类产品接轨2基本概念硅溶胶是以无定形二氧化硅粒子为分散相、水为分散介质所构成的多相分散胶态 体系，其粒径处于5〜100nm范围内粒径有三种表示方法，数均粒径dn是在 电子显微镜下直接观察测量的众多粒子的平均直径，特点是直观，能观察到粒 子大小分布状况；重均粒径dw表示其重量与粒子重量平均值的粒子大小；面 均粒径ds表示有关其表面积与粒子的表面积平均值相同的粒子大小。
有关资料 表明，粒径表示方法不一样，其在硅溶胶中的实际含量也不同如果已知ds ,在假定粒子是无定形、无水、无孔致密的密度为2. 2go cm3前 提下，可用下式计算出比表面积A d :3粒径大小测定如上所述，硅溶胶中粒径大小及其分布是质量控制的重要因素尽管测定过程中 不同方法存在数据中差异，但对我们认识微观领域中的硅溶胶粒子提供了科学 依据现将常用方法做一介绍电子显微镜法将硅溶胶样品用纯水稀释分散后，用移液管滴到有支持膜的专用 铜网上干燥后在透射电镜下观察，选取均匀部位拍照，按节点法计算粒径dn 现将天津造纸技术研究所为我所测定的科研和生产用硅溶胶样品粒径数据到于 表1去1料柄直|牛产用础帘整肝昂&程数痂「.5nd平均(nnj却万 倍 l£LQL?Inni)4-122-5s4-6B1S-04-&20- D127-6224：3. DL5--D313 Gt 41"：:：■-371枷◎2. 5L2-513-M525=12.«2. &LO.fl3922-SI瑚泗全L 17-52011-^9HO丁书茂）L03-flL4S 1?珏二13C- DC£oj二1712L357. G3S.-032-M血3Q-D221官？明峻147圣M：5-&25--0村33-351225=Lm4-&20-D23-El7 GOJ. G3221-774302-0LQ-D6-?[.«■iao. gMd二m32304- 522-521-51454- 010-DuB-3；223, 1607.3河..泽梭 313.0LLZi3-323-0049-5:2-5L2-53323-4B367-5=L2-22. 0LO-D2$21-21独卮溶胞1- 37-3Lt13-641332.05.09fi-S2：!.-；■ 1Lq=1DC-- 0Lmi=0]fl07- 34- 020- D&5-2112Q, 2517.5di- ,山永行5. 317.5s土就14CiLET=L3.46日L5-0!!27-27IfiJ2- 5L2-5LOF33-29]563-3，:；次凯2-BLO.flZfi. 35130L9E3 )&=邛。
网Eaa=LS72517- 3由表1可知，就数均粒径大小而言，国内外硅溶胶产品数据相近，但粒径分布 国外产品近似正态分布，国内产品粒径小的个数多硅粉法制备的硅溶胶粒径比较均匀电镜测试专家反映，国产硅溶胶粒子易聚集难分散，照片中粒子分布不 均匀，可能与制备硅溶胶时浓缩加料方式有关光散射法假设粒子是致密的、无水的、无定形的二氧化硅，可先用此法测定分 子量M （百万），再按下列方程式计算粒径d （nm ）:lgd= Ke 1^1 4- Kz用电子显微镜测定的dn与分子量对照，求出K1、K2两个常数值，得出下列方 程式:lgd= 0 - 441 函I 4- 4 34另外还有X光小角散射法、超离心法、从比表面积估算粒径法4粒子比表面积测定硅溶胶中二氧化硅粒子的比表面积的大小与其稳定性和粘结强度密切相关，它 和粒径一样决定产品类型和应用范围常见的测试方法有下列几种氮吸附（BET ）法将硅溶胶用酸中和全中和点，加等体积叔丁醇或正丙醇使其 胶凝在空气中干燥，使粒子表面积的减少达到最低值然后将干燥的粉末加热 至150°C除去物理吸附水和醇，再用BET法测定染料吸附法染料只吸附在完全羟基化的二氧化硅表面上，即在水中形成、110C 下干燥的表面上。
以小于017g的硅胶于25m l浓度为016〜017g6l的甲基红 苯溶液中进行吸附，并于25C振荡2h染料的原始浓度和吸附平衡浓度皆由吸 附分光光度测定，由染料浓度减少便可计算吸附量比表面积按下式计算：SDH十 OH- t= SD 4- HzO碱吸附法是一种经验方法，用于工业生产最方便此法只能用于胶态二氧化硅 比表面积的测定，因其假定加入N aOH与二氧化硅质点表面二SiOH基反应：比表止积=祯I吸跑染料见熬反源X州蠕枷砌常裁 倒漕②M甲甚红分或者是由于二SiOH基对OH-离子的吸附作用试验方法是，汲取含量1. 5g二氧化硅的硅溶胶（不含NH4+离子）a m l于洁 净的烧杯中，加入（1502a ） m l20%的N aCl溶液，用盐酸（测碱性胶）或N aOH溶液（测酸性胶）调节混合液的pH值为4. 0 （加入溶液量应极少），然 后于25°C下用0. INNaOH溶液滴定在充分搅动下直至混合液的pH值为9. 0 Sears发现，加入碱量和比表面积之间有线性关系，以下列经验式表示：S= 32V - 25式中S为硅溶胶粒子比表面积（m26g , V为滴定度，即混合pH值自410滴至 910所需011N N aOH溶液毫升数）。
现将测定的国内硅溶胶产品的比表面积列入表2表2 在溶胶比表面积洌定结果密度%NaaO%pH值比表面积上海试剂二厂（1975年）1.17226. 160 238. 30拓土 8抚顺化工一厂（19巽年）1.15022.35山379. 55307. 3北京九十中学长 虹化工厂（1973年）1.13519,430. 279 . 30295. 0成都试剂厂（1971 年）25. 26% 55378. 2自制（197 冲1.14124. 38309 54263- 0由于研究工作周期较长，未能同时将同一样品作电镜粒径测定和比表面积测定， 有待硅溶胶标准化、系列化时作深入细致的试验研究工作但有一点可以说明， 国产硅溶胶小粒径所占的比例大，比表面积偏高是符合实际的5今后工作的几点意见（1） 目前国内硅溶胶生产厂商和用户，只注意SiO 2及N a2O含量测定，忽 视粒子尺寸及比表面积测定，致使种类单调，产品标准化、系列化速度缓慢，不 利于生产工艺稳定2） 据了解，国内用电子显微镜测定dn ,只有天津造纸技术研究所分散技术 比较成熟，图片清晰，由于科研投入少，测试费用高，许多硅溶胶生产厂和使 用单位不去做粒径性能，国内硅溶胶仍达不到国外同类产品水平。
3) 碱吸附法测定比表面积，应用其它方法校正，使其更加完善国内应研制抗 钠玻璃电极，消除测定过程中出现的“钠”效应由pH值410至910过程中电 源要稳定，防止出现酸度计指针大幅度偏摆，影响测试结果4) 日本和美国硅溶胶样品与国内几家厂商硅溶胶相比可以看出，国外产品 外观透明，似水状，粒径成正态分布，粒子外观圆滑，图片清晰国内产品外观 混浊，粒径分布不规则且难分散说明制备工艺有待改进硅粉溶解法制备的样 品粒径均匀、比较清晰5) 应重视硅溶胶物理性能测试工作，它不但可以评估化学分析结果，而且 可快速、直观地判定其质量，如密度与二氧化硅含量、pH值与稳定剂含量、动力 粘度与杂质及粒径大小都存在某种关系尽管硅溶胶已有国标，专用硅溶胶已有GJB 2031294国军标，但不适应工业发展 对硅溶胶品类的要求，如果硅溶胶这一边缘科学有技术交流组织，加强协作， 必将推动制备工艺的改进、性能测试方法的完善，和国外同类产品接轨的时间将 会大大缩短。