由硅酸鈉制備大粒徑硅溶膠顆粒研究.pdf

1、硅溶膠[1]是無定形二氧化硅（mSiO2·nH2O）顆粒在水中均勻分散形成的一種膠態(tài)分散體。由于硅溶膠中二氧化硅顆粒表面含大量羥基，具有較強的反應(yīng)活性，經(jīng)過表面改性又能與有機聚合物混溶，因此被廣泛用于涂料、精密鑄造、耐火材料、造紙、石油化工、電子等很多行業(yè)。工業(yè)上合成的硅溶膠中納米二氧化硅顆粒的粒徑一般為10～40 nm，難以滿足某些特殊行業(yè)要求。如何合成大粒徑(＞80nm)硅溶膠，成為目前硅溶膠化學的研究熱點之一。
　　本文以硅

2、酸鈉水溶液（又稱泡花堿溶液或水玻璃）為原料，探索研究了大粒徑硅溶膠的制備方法，考察了聚乙二醇(PEG)對粒子形貌的影響;采用“硅酸鈉直接縮聚法”和“硅酸鈉直接縮聚-正硅酸四乙酯水解聚合聯(lián)合法”實現(xiàn)了硅溶膠的粒徑可控制備，并獲得了均分散大粒徑硅溶膠，為硅溶膠可控制備技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用提供了參考信息。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)用離子交換法以硅酸鈉為原料制備出“活性硅酸”，考察了影響活性硅酸縮聚快慢的條件。結(jié)果表明，在酸性條

3、件(pH1～3)下縮聚產(chǎn)物極易膠凝，添加PEG（分子量Mw=200）對膠凝無明顯抑制效果;在堿性條件(pH～10)下縮聚可得分散性良好的硅溶膠（研究條件下粒徑～70 nm），添加PEG可減小硅溶膠顆粒粒徑(研究條件下粒徑～40 nm)。
　　(2)以氨水(NH3·H2O)為催化劑，在乙醇(EtOH)溶劑中將正硅酸四乙酯(TEOS)水解-縮合，制備出了均一性高的硅溶膠（mSiO2·nH2O納米顆粒）。本步驟中采用多步水解-聚合法，可

4、調(diào)控顆粒尺寸。研究條件下制備的硅溶膠粒徑為30～50 nm。
　　(3)參照TEOS水解-縮合法，探索研究了“硅酸鈉直接縮聚法”。以硅酸鈉溶液為原料，在乙醇/氨水介質(zhì)中直接縮聚，結(jié)果表明可制備出穩(wěn)定的硅溶膠產(chǎn)品，呈規(guī)則球形顆粒;隨硅酸鈉濃度增大，所制備的硅溶膠顆粒粒徑增大，即可通過改變硅酸鈉溶液濃度，可調(diào)控粒徑大小。該法可獲得大粒徑(＞100 nm)球形顆粒，但均勻度較差，縮聚條件有待優(yōu)化。另外，縮聚機理還有待研究。
　　(

5、4)將“硅酸鈉直接縮聚法”與“正硅酸四乙酯(TEOS)水解-聚合法”相結(jié)合，探索研究了“硅酸鈉直接縮聚-TEOS水解聚合聯(lián)合法”制備均分散大粒徑硅溶膠的可行性。結(jié)果表明，該方法可制備出尺寸均勻的大粒徑(～300 nm)產(chǎn)品，為硅溶膠的可控制備提供了新途徑。該方法與硅酸鈉直接縮聚法相比，可明顯改善顆粒均勻度，與TEOS水解-聚合法相比，可明顯降低TEOS用量（成本降低），具有實用價值。所制備硅溶膠顆粒的表面性質(zhì)和應(yīng)用性能還有待考察。