二氧化(hua)矽膠體微(wei)粒的溶液(ye)“矽溶膠”能(neng)幹啥？

　　Silica Sol矽溶(rong)膠是二氧(yang)化矽膠體(ti)微粒在水(shui)中均勻分(fen)散形成的(de)膠體溶液(ye)，具有許多(duo)優良性質(zhi)和特點，作(zuo)爲一種精(jing)細化工産(chan)品，現已被(bei)廣泛應用(yong)于化工、材(cai)料、紡織、造(zao)紙、電子等(deng)工業領域(yu)。早在1915年，Schwerin首(shou)次以水玻(bo)璃爲~原料(liao)，采用電滲(shen)析法制備(bei)出含二氧(yang)化矽質量(liang)分數2.4%的矽(xi)溶膠，隻是(shi)濃度太低(di)，并沒有什(shi)麽實際應(ying)用意義，1941年(nian)Bird利用離😁子(zi)交換法制(zhi)得高濃度(du)的矽溶膠(jiao)後，才得以(yi)大規模的(de)生産和應(ying)用。本文将(jiang)對“矽溶膠(jiao)”的制備工(gong)藝及應用(yong)範疇😵‍💫做簡(jian)單整理。

　　不(bu)同濃度的(de)矽溶膠

　　一(yi)、簡單了解(jie)一下矽溶(rong)膠

　　矽溶膠(jiao)外觀爲乳(ru)白色半透(tou)明的膠體(ti)溶液，多呈(cheng)穩定的堿(jian)性，少數呈(cheng)酸性，矽溶(rong)膠中SiO2的濃(nong)度一般爲(wei)10%~35%，濃度高時(shi)可達50%。矽溶(rong)膠粒子比(bi)表面積爲(wei)50~400m2g，粒徑範圍(wei)一般在5~100nm，處(chu)于納米尺(chi)度，與一般(ban)粒✡️徑爲0.1~10um的(de)乳液相比(bi)，其顆粒要(yao)小得多，分(fen)子式可表(biao)示爲mSiO2.H2O，矽溶(rong)膠的膠團(tuan)結構用以(yi)下化學式(shi)表示。

　　二、二(er)氧化矽膠(jiao)團結構

　　矽(xi)溶膠是具(ju)有膠體特(te)性、質點近(jin)似球體、帶(dai)負電的溶(rong)膠，ζ電位、布(bu)🙉朗運動及(ji)足夠的溶(rong)劑阻隔三(san)大因素賦(fu)予其聚結(jie)穩定性和(he)動力學穩(wen)定性，膠粒(li)爲介穩相(xiang)，始終存在(zai)自發聚結(jie)的傾向💞。三(san)大穩👌定因(yin)素隻要👩🏿‍❤️‍💋‍👨🏽有(you)一種被🏃🏿‍♀️‍➡️削(xue)弱，它就會(hui)自動聚結(jie)，産生凝~膠(jiao)或聚沉。矽(xi)溶膠粒子(zi)的内部結(jie)構爲矽氧(yang)烷鍵(-Si-O-Si-)，表面(mian)層由許多(duo)矽氧醇基(ji)(-SiOH)和羟基(-OH)所(suo)覆蓋，它😈們(men)同膠體溶(rong)液中存在(zai)的堿金屬(shu)離子一起(qi)形成擴散(san)雙電層，粒(li)子間的靜(jing)電作用對(dui)膠體溶🙈液(ye)的穩定起(qi)重要🚶🏾‍♀️‍➡️作用(yong)。

　　矽溶膠中(zhong)二氧化矽(xi)的粒子大(da)小是一重(zhong)要質量指(zhi)💕标，它對👌溶(rong)膠👩🏿‍❤️‍💋‍👨🏽的許多(duo)性能都有(you)重要影響(xiang)。首先，粒子(zi)大小影響(xiang)🧎🏻‍♀️‍➡️矽溶膠的(de)穩定性，在(zai)等量穩定(ding)劑條件下(xia)💯，粒子越大(da)穩定性越(yue)好，粒子越(yue)小膠凝越(yue)快。因此，爲(wei)😥制造高濃(nong)度和性能(neng)穩定的矽(xi)溶膠，應設(she)法使粒子(zi)👹尺寸足夠(gou)大。通常粒(li)徑大于20nm，濃(nong)度高于40%的(de)矽溶膠通(tong)👧🏾常被稱作(zuo)大粒徑高(gao)濃度矽溶(rong)膠。

　　應用在(zai)催化劑載(zai)體和高耐(nai)火度要求(qiu)的行業，所(suo)需要的矽(xi)溶👼🏾膠濃度(du)要達到40%左(zuo)右，通過再(zai)濃縮法得(de)到矽溶膠(jiao)所能達到(dao)的最高濃(nong)度與其溶(rong)膠顆粒自(zi)身粒徑大(da)小有關，由(you)于小🙉的粒(li)子穩定性(xing)較差，所以(yi)粒徑小于(yu)15nm的普通矽(xi)溶膠産品(pin)濃度一般(ban)隻能達到(dao)30%，而😗粒徑大(da)于20nm的矽溶(rong)膠産品💑🏾濃(nong)度則可以(yi)達到40%甚至(zhi)50%以上。

　　三、矽(xi)溶膠制備(bei)方法

　　自矽(xi)溶膠問世(shi)以來，對其(qi)制備方法(fa)的研究非(fei)常活躍✋。就(jiu)原理而言(yan)，矽溶膠有(you)2種制備方(fang)法：①利用溶(rong)液中化學(xue)反應生成(cheng)的SiO2超微粒(li)生長、成核(he)，制得矽溶(rong)膠的方法(fa)爲👾凝聚法(fa);②利用機械(xie)将SiO2微粒在(zai)一定條件(jian)下分散于(yu)水中制得(de)矽溶膠的(de)方法爲分(fen)散法。就工(gong)藝而言，可(ke)分爲矽粉(fen)溶解法、離(li)子交換法(fa)、膠溶法、分(fen)散法等。

　　1、矽(xi)粉溶解法(fa)。采用無機(ji)或有機堿(jian)作催化劑(ji)，以單質矽(xi)💕與純水反(fan)🧛🏾‍♀️應來制備(bei)矽溶膠的(de)方法稱爲(wei)矽粉溶解(jie)法。

 

工藝流(liu)程圖及反(fan)應方程式(shi)

　　工藝簡析(xi)：矽粉在堿(jian)的催化作(zuo)用下，與水(shui)反應，生成(cheng)✋水合矽酸(suan)，水🙉合矽酸(suan)在水介質(zhi)中逐漸聚(ju)合，由單體(ti)自行脫水(shui)漸漸聚合(he)🙉成二元體(ti)、三元體乃(nai)至多元體(ti)，即成爲水(shui)合矽酸的(de)水溶液，就(jiu)⛹🏻‍♀️是矽溶膠(jiao)。工藝過程(cheng)中的矽粉(fen)的活化主(zhu)要是爲了(le)除去矽粉(fen)表面形成(cheng)👧🏾的惰性膜(mo)，較好的方(fang)法是先用(yong)質量分數(shu)爲48%的氫氟(fu)👯🏾‍♂️酸洗滌，然(ran)後依次用(yong)純水、醇、醚(mi)沖洗，最後(hou)在氮氣保(bao)護下幹燥(zao)👻。

　　該法的優(you)點是矽溶(rong)膠成品中(zhong)雜質含量(liang)少，二氧化(hua)矽💕的膠粒(li)🙂‍↕️粒😥形、粒徑(jing)、黏度、pH值、密(mi)度、純度等(deng)易控制，膠(jiao)粒外形圓(yuan)整均勻，結(jie)構緻👺密，矽(xi)溶膠的穩(wen)定性較好(hao)。

　　2、離子交換(huan)法。離子交(jiao)換法又稱(cheng)粒子增長(zhang)法，用水玻(bo)璃爲原料(liao)。一般步驟(zhou)爲：陽離子(zi)交換反應(ying)制備活性(xing)矽酸溶液(ye)→調節活性(xing)😈矽酸溶液(ye)pH值→陳化制(zhi)備晶種→向(xiang)含晶種的(de)母液🙆🏿中添(tian)加…活性矽(xi)酸溶液🧑🏻‍❤️‍🧑🏼促(cu)使晶種生(sheng)長→最後純(chun)化濃縮制(zhi)備得矽溶(rong)🏃🏿‍♀️‍➡️膠産品。

　　每(mei)個步驟對(dui)最終矽溶(rong)膠産品均(jun)有直接的(de)影響。制備(bei)均勻性良(liang)好的晶種(zhong)是制得優(you)質矽溶膠(jiao)的基礎，晶(jing)種~生長階(jie)段🏊🏿‍♀️要嚴格(ge)控制矽酸(suan)溶液加入(ru)量使體系(xi)中矽酸濃(nong)度👨‍🦰始終處(chu)于最低成(cheng)核濃度和(he)飽和濃度(du)之間，防止(zhi)産生新的(de)晶核，實現(xian)單純的粒(li)徑增長。

　　3、電(dian)解電滲析(xi)法。電解電(dian)滲析法制(zhi)備矽溶膠(jiao)是一種電(dian)化學方法(fa)。在電解電(dian)滲析槽中(zhong)加入電解(jie)質，調節電(dian)解質溶👧🏾液(ye)的pH值，控制(zhi)電解電滲(shen)析反應的(de)電流密度(du)、溫度☠️等反(fan)應條件，在(zai)裝備有^合(he)适的電極(ji)(如析氫😌電(dian)極、氧陰極(ji))的電解電(dian)滲析槽中(zhong)反應後可(ke)制取矽溶(rong)膠成品。該(gai)👾法制備矽(xi)溶膠的操(cao)作條🏃🏻‍♀️件可(ke)控制，便于(yu)優化矽溶(rong)膠成品的(de)質量，是有(you)開發價值(zhi)的😥電化學(xue)方法。

　　4、膠溶(rong)法。膠溶法(fa)制備矽溶(rong)膠是先用(yong)酸中和水(shui)玻璃溶液(ye)形成凝膠(jiao)，所得凝膠(jiao)經過濾，水(shui)洗，然後加(jia)稀堿👺溶液(ye)，在加☠️壓加(jia)熱條件下(xia)解膠即得(de)溶膠。該法(fa)制得的矽(xi)溶🎅🏿膠粒徑(jing)分布較🏊🏿‍♀️寬(kuan)，純度😁較低(di)。

　　5、酸中和法(fa)。酸中和法(fa)一般采用(yong)稀水玻璃(li)(Na2O.xSiO2)作爲起始(shi)👩🏼‍❤️‍👨🏾原料🏃🏻‍♀️，稀硫(liu)酸等無機(ji)酸作爲酸(suan)化劑。根據(ju)酸用量的(de)不同，可制(zhi)備酸性或(huo)堿性矽溶(rong)膠。具體工(gong)藝步驟包(bao)😁括離子交(jiao)換去除鈉(na)離子、制備(bei)晶核、酸中(zhong)和反應、晶(jing)粒增長。酸(suan)中和法制(zhi)得的矽溶(rong)膠一般雜(za)質離子含(han)量較高，穩(wen)定性較差(cha)。

　　6、分散法。分(fen)散法是利(li)用機械方(fang)法将二氧(yang)化矽微粒(li)分散在溶(rong)劑中制備(bei)矽溶膠的(de)物理方法(fa)。有報道“利(li)😵‍💫用合💕适的(de)分散工藝(yi)和添加劑(ji)，可将氣相(xiang)二氧化矽(xi)粉末分👽散(san)在水溶液(ye)中制得穩(wen)定時間高(gao)達1年，黏度(du)低達1mPa·s的高(gao)👽性能矽溶(rong)🙂‍↔️膠。”

　　四、矽溶(rong)膠的基本(ben)特性及應(ying)用

　　性質決(jue)定用途，先(xian)來瞅瞅矽(xi)溶膠的特(te)性：①具有較(jiao)大的吸附(fu)性，矽溶膠(jiao)中無數膠(jiao)團産生的(de)無數網絡(luo)結構空隙(xi)，在一定條(tiao)件下能夠(gou)對無機物(wu)及有機物(wu)具有一定(ding)的吸附作(zuo)用;②具有較(jiao)大的比表(biao)👨‍🦰面積;③矽溶(rong)膠🤑具有較(jiao)好的粘結(jie)性⛹🏻‍♂️，自身風(feng)幹即産生(sheng)一定的粘(zhan)結強度，但(dan)強度較小(xiao)，如果将矽(xi)溶膠加入(ru)到某種纖(xian)維或粒狀(zhuang)材料中，然(ran)後幹燥固(gu)化即可成(cheng)爲堅固的(de)凝💔膠結構(gou)，會産生較(jiao)大的粘結(jie)性;④ 良好的(de)耐溫性;⑤矽(xi)溶膠具有(you)高度的分(fen)散性、較好(hao)的耐磨性(xing)和良好的(de)透光性等(deng)，因此可以(yi)做良好的(de)分散劑、防(fang)腐劑、絮凝(ning)劑、冷卻劑(ji)等等。下面(mian)對矽溶膠(jiao)部分經典(dian)應用簡單(dan)整🙂‍↕️理。

　　1、催化(hua)劑載體

　　矽(xi)溶膠具有(you)較大的比(bi)表面積，制(zhi)得的矽膠(jiao)粒子均勻(yun)，孔徑和分(fen)布容易控(kong)制，是制備(bei)催化劑載(zai)體的最佳(jia)原料。氧🙆🏿化(hua)矽是第二(er)大👽的催載(zai)體原料(一(yi)哥是氧化(hua)鋁)。

　　案例：美(mei)國Sohio化學公(gong)司氨氧化(hua)法制備丙(bing)烯腈所用(yong)的催化劑(ji)C41，就🧑🏾‍🎄是将催(cui)化劑活性(xing)組分與矽(xi)溶膠混合(he)，經🧜🏼‍♀️噴霧幹(gan)燥👽後制得(de)的，其活性(xing)分布均勻(yun)，能使丙烯(xi)腈産率提(ti)高30%~40%。

　　2、半導體(ti)基片抛光(guang)

　　20世紀60年代(dai)以前，半導(dao)體基片抛(pao)光還大都(dou)沿用微米(mi)級磨料✡️機(ji)械✡️抛光，得(de)到的機械(xie)抛光表面(mian)存在嚴重(zhong)損傷。1965年Walsh和(he)Herzog提出SiO2溶膠(jiao)和凝膠抛(pao)光後，以SiO2漿(jiang)料爲代表(biao)的化學機(ji)械抛😘光工(gong)藝就逐漸(jian)代替了^以(yi)上舊方法(fa)。

　　而二氧化(hua)矽水溶膠(jiao)則是目前(qian)最具代表(biao)性的CMP用抛(pao)🛀🏼光漿🧑🏾‍🎄料研(yan)磨微粒。目(mu)前主要采(cai)用分散法(fa)，即将納米(mi)SiO2粉末利用(yong)🧜🏼‍♂️機械手段(duan)分散于水(shui)溶液中以(yi)獲得SiO2 CMP漿料(liao)。研究證明(ming)，在相💁🏼‍♀️同的(de)抛🎅🏿光條件(jian)下，磨料🏃🏿‍♀️‍➡️的(de)顆粒大小(xiao)、形狀和單(dan)😈分散性等(deng)是影響抛(pao)光表面質(zhi)⛹🏻‍♂️量的重要(yao)👧🏾因素。目前(qian)，在矽晶片(pian)化學機械(xie)抛光中普(pu)遍使用粒(li)徑50～80nm左右的(de)球形二氧(yang)化矽磨料(liao)。将粒子的(de)矽溶膠做(zuo)單晶矽抛(pao)光劑，不僅(jin)效果好，而(er)且抛💞光速(su)度快。

　　3、紡織(zhi)工業

　　可以(yi)用做紡織(zhi)上漿助劑(ji)，減少斷頭(tou)率;在織物(wu)染色中使(shi)用🏃🏻‍♀️，因具有(you)粘結性，可(ke)以形成優(you)良的保護(hu)液，增👿加染(ran)色的附着(zhe)👧🏾力等等。

　　案(an)例：矽溶膠(jiao)與油劑并(bing)用，對羊毛(mao)進行噴霧(wu)或浸漬處(chu)理，改善了(le)💑🏾羊毛的可(ke)紡性，減少(shao)了斷頭，防(fang)止了飛花(hua)，提高了成(cheng)品率。

　　4、造紙(zhi)工業

　　作爲(wei)感光紙的(de)處理劑，玻(bo)璃紙的防(fang)粘劑，其他(ta)辦公用紙(zhi)經處🏃🏿‍♀️‍➡️理後(hou)，可以提高(gao)打印效果(guo)，使顯色更(geng)加鮮明。

　　案(an)例：把粉碎(sui)過的金屬(shu)矽粉直接(jie)與加熱到(dao)一定溫度(du)的矽酸鈉(na)或矽酸鉀(jia)反應制備(bei)出的高濃(nong)度、低粘度(du)矽溶膠施(shi)于包裝水(shui)泥的牛皮(pi)紙或紙闆(pan)的表面，可(ke)以防止其(qi)堆集時的(de)滑落，并可(ke)改善紙品(pin)的耐濕性(xing)和強度;玻(bo)璃紙的缺(que)點之一😁是(shi)溫度升高(gao)時發粘🧑🏽‍🎄，如(ru)果用矽溶(rong)膠和甘油(you)、單👿硬脂肪(fang)酸等組成(cheng)的蠟狀物(wu)質處理，則(ze)🙈可克服這(zhe)個缺點。

　　5、陶(tao)瓷纖維高(gao)溫粘接劑(ji)

　　把矽酸鋁(lü)纖維用矽(xi)溶膠浸漬(zi)，加促凝劑(ji)，用做保溫(wen)絕熱材料(liao);做高溫爐(lu)的耐火磚(zhuan)的表面粘(zhan)結劑，粘結(jie)😥強度高，耐(nai)高溫(1000℃以上(shang))，節約~能源(yuan)，對爐子改(gai)造既節約(yue)，又方便。

　　6、泡(pao)沫橡膠增(zeng)強

　　在幹橡(xiang)膠中加入(ru)5%的矽溶膠(jiao)，就可以使(shi)多孔泡沫(mo)橡膠😥增強(qiang)20%，對一定體(ti)積的橡膠(jiao)而言，因爲(wei)彈性提高(gao)，可以節省(sheng)20%的橡膠。

　　7、用(yong)在固體蓄(xu)電池的電(dian)解液

　　普通(tong)鉛酸蓄電(dian)池使用壽(shou)命短，使用(yong)矽溶膠可(ke)以配置成(cheng)膠體蓄電(dian)池的凝膠(jiao)電解液，就(jiu)大大提高(gao)了蓄電池(chi)的使🛀🏼用壽(shou)🎅🏿命;同時，普(pu)㊙️通電解液(ye)硫酸，在機(ji)動車💌急轉(zhuan)彎時容易(yi)💘溢出，但固(gu)體蓄🏃🏻‍♀️電池(chi)電解液的(de)使用就很(hen)好的解決(jue)了這~個問(wen)題，有效的(de)防止了硫(liu)酸的滲漏(lou)和溢出，避(bi)免了污染(ran)環境。

　　8、應用(yong)于精密鑄(zhu)造業

　　陶瓷(ci)薄殼型(熔(rong)模)精密鑄(zhu)造法，就是(shi)由于使用(yong)了矽溶👩🏼‍❤️‍👨🏾膠(jiao)才🧑🏽‍❤️‍💋‍🧑🏻發展起(qi)來的。用矽(xi)溶膠代替(ti)矽酸酯可(ke)降低成本(ben)，改善操作(zuo)條件。用小(xiao)粒子直徑(jing)矽溶膠制(zhi)造的薄殼(ke)強🧜🏼‍♀️度大、光(guang)🙉潔度好👻，可(ke)大大提高(gao)鑄件質量(liang)和尺寸的(de)精密度。

　　更(geng)多其他應(ying)用

　　矽溶膠(jiao)可以作爲(wei)啤酒、蘋果(guo)汁、葡萄酒(jiu)、米酒、醬油(you)的澄清劑(ji)，不👼🏾影👯🏾‍♂️響色(se)、香、味，對人(ren)體無毒害(hai);用矽溶膠(jiao)處理的裝(zhuang)潢物品，可(ke)使其抗污(wu)染性提高(gao)二倍，可見(jian)矽溶膠也(ye)是壁布表(biao)面的有效(xiao)防污劑;用(yong)矽溶膠制(zhi)取的防滑(hua)地闆蠟，在(zai)工💞業和民(min)用👨‍🦰中已負(fu)盛名，細小(xiao)的二氧化(hua)矽粒🏃🏻‍♀️子粘(zhan)附在地闆(pan)表面的蠟(la)膜上，防滑(hua)效🤑果好，且(qie)不影響光(guang)澤度。矽溶(rong)膠能夠使(shi)塗料牢固(gu)，具有耐水(shui)，耐火，耐污(wu)，耐高溫，塗(tu)膜硬度大(da)，色澤鮮豔(yan)，不褪色等(deng)優點，還可(ke)以應用于(yu)耐酸、耐堿(jian)、防火塗料(liao)和遠紅外(wai)線輻射塗(tu)料。

　　同泰化(hua)學納米二(er)氧化矽産(chan)品介紹：

　　同(tong)泰化學代(dai)理諾力昂(ang)Levasil納米二氧(yang)化矽産品(pin)，包含了數(shu)十種産品(pin)，廣泛用于(yu)塗料、造紙(zhi)、抛光、蓄電(dian)池、精密鑄(zhu)造、催化載(zai)體、食品、耐(nai)火材料、紡(fang)織纖維處(chu)理、塑料薄(bao)膜塗層、清(qing)洗劑、顔料(liao)分散和土(tu)木工程等(deng)多個方面(mian)。諾力昂公(gong)司的水性(xing)納米二氧(yang)化矽分散(san)液采用先(xian)進的自動(dong)化生産線(xian)和過程控(kong)制系統，在(zai)原材料檢(jian)測、生産過(guo)程監測和(he)成品質量(liang)控制等多(duo)個方面嚴(yan)格把關，産(chan)品質量穩(wen)定可靠。我(wo)們有能力(li)爲客戶提(ti)供高品質(zhi)的産品和(he)服務，與客(ke)戶發展長(zhang)期戰略合(he)作夥伴關(guan)系。

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