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硅溶胶的研究现状与应用

摘要:本文从硅溶胶的研究历史和现状出发，从制备方法、性能与应用领域等方面综述了硅溶胶的研究进展，并对硅溶胶的发展前景进行了展望。

关键词:硅溶胶，制备工艺，应用

CurrentResearchandApplicationsofSilicasol

Abstract:Thearticlereviewedthelatestdevelopmentandthehistoryoftheresearchofsilicasol,summarizedtheprogressofthesilicasolresearchintheaspectsofpreparationmethods,propertiesandcurrentapplication.Andthearticlealsolooksforwardtothedevelopmentprospectofsilicasol.

Keywords:silicasol,preparation,application

前言

硅溶胶是纳米级二氧化硅颗粒在水中或其他溶剂中的分散液，它在化工中亦称硅酸溶胶。硅溶胶中的二氧化硅以胶团形态均匀分散在水或有机溶剂中，外观多呈乳白色或淡青透明的溶液状。

早在1915年，sehwefin[4]首次以水玻璃为原料，采用电解电渗析法制得低浓度的硅溶胶，1950年JosephHBalthiS[7]等利用可溶性有机碱作催化剂，成功的使水和硅粉反应来制备粒径8-15nm的硅溶胶，1951年美国杜邦公司[6]同样以水玻璃为原料，采用离子交换法制得二氧化硅含量为30%的硅溶胶，推动了硅溶胶商业化的进程。

随着人们对硅溶胶研究的深入，硅溶胶种类及应用有了许多新的发展。本文从二氧化硅现有的制备方法和性能出发，查阅各方资料，总结了工业上硅溶胶的制备方法以及在各个领域的应用，并且对硅溶胶的发展进行的展望。

1硅溶胶的制备工艺

硅溶胶的制备可以采用不同的工艺路线和不同的原料，水溶性硅酸盐和硅粉均可作为硅的来源[37]，目前工业上常用的生产方法主要有两种，一种是硅粉水解法，另一种是水玻璃离子交换法。

1.1硅粉水解法

硅粉水解法是以工业硅粉为原料，在催化剂催化作用下加热，单质硅直接水解得到产品[1，37]，未反应的硅粉通过压滤机过滤，得到最终产品。该方法制备工艺简单，设备要求低，污水排放量较少，成品中杂质含量少,产品指标易控制,但是原料成本高，产品收率较低，且生产过程中会产生氢气、一氧化碳等易燃易爆气体,此外用该法制备的硅溶胶通常颗粒间的界面不清晰,形貌为非球形且无法控制,通常只是被大量使用在铸造等行业,而在精密抛光等要求更高的领域无大建树。

1.2离子交换法

工业上的离子交换法通常是以水玻璃为原料，经离子交换反应、硅溶胶胶粒增长反应、超滤浓缩等步骤制备出不同规格硅溶胶产品。

该方法是将一定质量浓度的水玻璃在阳离子交换树脂中进行离子交换反应,去除水玻璃中的钠等金属阳离子杂质,制得聚硅酸溶液。将聚硅酸溶液用适量的烧碱或其他试剂作为稳定剂进行稳定化处理,将上步制得的溶液加热并保温静置一段时间,在溶液中逐渐形成晶核,用含晶核的溶液作为晶核长大的母液。在母液中以一定速率滴加聚硅酸溶液,控制滴加速率,加入的聚硅酸溶液中的被母液中的晶核表面吸合,有规则地生长在母液中的晶核上,制得胶粒粒径大小适宜,分布均匀的硅溶胶成品。完成结晶过程的硅溶胶所含含量较低,要采用超滤浓缩处理以提高硅溶胶中的百分含量。

3硅溶胶的常规应用

由于硅溶胶具有耐腐蚀、耐高温、抗氧化、绝缘性好、化学性质稳定等优点，在化学机械抛光、精密制造、无机涂料、催化剂工业、高技术陶瓷、造纸工业、废水处理工业等行业中得到了广泛的应用。这些行业都处于蓬勃发展阶段,市场和规模日益扩大,对硅溶胶的需求也不断地增大。普通硅溶胶应用广泛，本文不再一一详述。

目前国内的硅溶胶生产企业很多，但是产品品质与国外相比还有一定差距，主要表现在对硅溶胶的粒径无法进行精确控制，大多数企业只能生产普通硅溶胶，生产的硅溶胶粒径在10-30纳米范围，大量用于耐火材料、精密铸造等低端领域。其他产品能做的相对较少。

4新型硅溶胶的种类和应用

随着技术的进步，常规硅溶胶已经不能满足某些行业对硅溶胶的要求，为满足工业需求，某些特定指标的硅溶胶成为今后研究的目标和发展的方向，目前研究的主要有大粒径硅溶胶、改性硅溶胶、快干硅溶胶、有机溶剂型硅溶胶。

（1）大粒径硅溶胶

粒径作为硅溶胶产品中的关键指标之一,不但影响着产品的浓度、稳定性,还直接影响到产品的功能。大粒径高浓度硅溶胶的胶粒具有庞大的比表面积（表面多介孔结构）和超强的吸附能力以及较强的稳定性和