硅溶胶的应用

概述^[1]

硅溶胶是纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散液，具有颗粒均匀、无毒无污染、比表面积大、反应活性高、吸附能力和粘结性能强等优点，广泛用于建筑涂料、精密铸造、耐火材料、催化剂载体和造纸等诸多行业。硅溶胶制备以二氧化硅为原料，通过离子交换法、单质硅溶解法和电渗析法等方法制备。

由于硅溶胶具有上述特点，使得硅溶胶广泛用于精密铸造耐火材料、涂料行业、造纸行业、纺织行业，还可用作无机粘结剂、催化剂载体等。所以，如何生产一种纯度高，性能稳定的硅溶胶在工业生产中是十分重要的。

应用^[3]

一种高强度混凝土所含组分重量组成为：胶凝材料50份，碎石100份，砂子150份，硅溶胶15份，减水剂2份，稳定剂1.5份，水120份。

制备方法为：

（1）按配比称取胶凝材料、碎石、砂子、硅溶胶、减水剂、稳定剂和水，备用；

（2）将硅溶胶加入到混凝土拌合用水中，搅拌均匀，再加入胶凝材料，用水泥净浆搅拌机在800r/min的搅拌速度下将上述物质搅拌成水泥浆体；

（3）将步骤（2）制得的水泥浆体和碎石、砂子、减水剂、稳定剂加入混凝土搅拌机中，在1000r/min的搅拌速度下搅拌反应10分钟，然后浇筑，振捣；

（4）浇筑后在10-25℃的潮湿环境中养护7-28天，得到混凝土试块。

一种果汁澄清剂所含组分重量组成为：硅溶胶50份，水20份，椰壳炭120份。

制备方法为：

（1）采用硅溶胶对活性炭进行改性，加入水搅拌均匀，浸泡1小时；

（2）将步骤（1）得到的产物制成棒状材料；

（3）将步骤（2）制得的棒状材料进行常温干燥，去除大部分水，然后在-10℃下冷冻干燥5小时，得到产品。

制备^[2]

国内的硅溶胶生产技术主要有离子交换法和硅粉水解法。在硅粉水解法的生产工艺中，反应是在带机械搅拌的反应釜中进行的，硅粉在反应过程中会产生氢气，有些氢气会附着在反应中的细小硅粉上，使细小的硅粉上浮至液面，形成厚厚的一层漂浮物。因为反应是固液反应，硅粉必须与碱性液体接触才能很好地进行水解反应，而这些漂浮在液面上的硅粉因无法充分接触到下面的碱性液体而降低了其反应速度，有效的反应只能发生在硅粉漂浮物与反应釜液面交界处，要使硅粉完全反应就需要很长的反应时间，使硅粉漂浮物层逐渐变薄，直至最后从液面完全消失，这样就严重降低了生产效率。

一种工业硅溶胶的制备方法，具体步骤如下：

(1)用稀盐酸溶液浸泡离子交换柱内阳离子树脂25分钟后，排放出溶液，用清水清洗树脂至排出溶液的pH为7；

(2)开启交换柱，搅拌状态下，从高位槽缓慢加入低度水玻璃溶液，至得到常温下pH值为4-5的新生硅酸溶液；

(3)开启反应釜，通蒸汽升温，使得釜温大于75℃，从高位槽流放入氢氧化钠溶液，升温至84℃，保温14分钟，从高位槽流放入新生硅酸溶液后，升温至97℃，保温28分钟得到釜内溶液pH值为12-15；

(4)从高位槽以2.4m3/h的速度，温度大于80℃的条件下，加入新生硅酸溶液，每隔10分钟测一次pH值，当pH为9.5-10时，同步滴加氢氧化钠溶液使釜内溶液pH始终保持在9-10之间，当使釜内溶液颜色变成乳白色半透明状即停止添加新生硅酸溶液；

(5)加料完毕后，升温至97℃，搅拌保温50分钟；

(6)放料入池，通风冷却至60℃；

(7)启动超滤机超滤后得到成品硅溶胶。

其中，所述的稀盐酸的质量浓度为10％；所述的低度水玻璃溶液中SiO2的质量含量为20％，Na2O的质量含量为5-6％。

主要参考资料

[1] 王自新, & 赵冰. (2003). 硅溶胶制备与应用. 化学推进剂与高分子材料, 1(5), 34-39.

[2] 殷馨, & 戴媛静. (2005). 硅溶胶的性质、制法及应用. 化学推进剂与高分子材料, 3(6), 27-32.

[3] 田华, 陈连喜, 刘全文, TIANHua, CHENLian-xi, & LIUQuan-wen. (2007). 硅溶胶的性质、制备和应用. 建材世界, 28(2), 8-11.