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第27卷内蒙古石油化工17

正硅酸乙酯水解过程的研究进展

王喜贵赵慧张强吴红英

(内蒙古师范大学化学系呼和浩特010022)

摘要本文综述了近几年来正硅酸乙酯水解、缩合反应历程的研究进展，并讨论了影响

反应速率和反应历程的因素。

关键词正硅酸乙酯水解反应

正硅酸乙酯的水解是利用湿化学方法制备新型玻璃、陶瓷及其它无机功能材料的崭新方法，也被称

为溶胶一凝胶方法，所谓溶胶一凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经过

热处理而形成氧化物或其它化合物固体的方法，该法是在19世纪中叶，由法国化学家Ebemann3等人最

早应用的。正硅酸乙酯的水解是溶胶一凝胶技术中应用最广的制备以SiO：为基质材料的玻璃、陶瓷等

新型材料的方法。1950年AEI。ION。3等人对正硅酸乙酯水解进行了系统的研究，得出了一些有实际应

用的结论，为以后利用正硅酸乙酯水解制备各种材料提供了理论基础。溶胶一凝胶技术与传统的使用熔

融一冷却法制备玻璃和陶瓷等材料相比具有许多独特的优点：(1)反应温度低，能确保各组份分子保持

其物理、化学特性。(2)反应从溶液开始，确保各组份在分子状态混合均匀，防止相分离。(3)化学计量准

确，易于加工成型，易于改性、易于控制掺杂成分的种类和数量。(4)不涉及高温反应，所以副反应少，可

制备高纯度和高均匀度的材料。(5)工艺简单、生产设备简单，不需要昂贵设备。由于溶胶一凝胶工艺独

特的优点日益受到人们的重视，其应用也十分广泛。．63。但溶胶一凝胶技术的水解过程对制备出的材料

性能有很大影响，特别是对正硅酸乙酯来说，如果控制不好其水解过程，制备过程的材料极易破裂，所以

人们对正硅酸乙酯的水解过程进行了详细研究，通过控制水解和聚合反应的条件，制备出的各种性能的

材料，本文综述了正硅酸乙酯水解过程的各种控制研究。

1正硅酸乙酯的水解缩合反应

正硅酸乙酯的水解缩合反应分三步，第一步是正硅酸乙酯水解形成羟基化的产物和相应的醇，羟基

化的产物也称硅酸。第二步是硅酸之间或硅酸与正硅酸乙酯之问发生缩合反应形成胶体状态混合物。第

三步形成的低聚合物继续聚合形成硅三维网络结构，反应过程如下：

第一步：水解反应

Si(OC2Hs)4+4H20iSi(OH)4+4C2H50H

第二步：缩合反应

oHoHoHoH

OHOHoHoH

·内蒙古科委自然科学基金资助项目

18正硅酸乙酯水解过程的研究进展第27卷

oHoC2HsOIt0C2Hs

f

Ho～si—oH十C2Hp—Si—OCzHss+c2HsoH

一Ho—Si—o—Si—oC2H

I

oHOCzH5OH0C2H5

第三步聚合反应

X(Si—o—Si)一(一Si一0—5；一)x

在正硅酸乙酯的实际反应过程中，第一步水解反应和第二步缩合反应是同时进行的，所以我们称这

两步生成的混合物为溶胶，第三步聚合反应生成的三维网络结构称为凝胶。

2影响正硅酸乙酯水解聚合反应的因素

2．1催化剂的影响

正硅酸乙酯的水解即可以被酸催化，也可以被碱催化，在两种不同的催化剂下水解，其反应历程也

不同，研究表明，在酸催化下的水解反应是二级反应，反应的速率取决于水和硅酸的浓度，其水解反应可

以用亲电反应机理来解释，其反应历程如下：

带正电荷的H3+O容易进攻有较多0R基团的Si原子，形成一个中问过渡态，即水和酸分子通过

未共用电子对被吸附，反应的有效速率依赖于酸和水的浓度，但实际情