硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。由于硅溶膠中的SiO2含有大量的水及羥基，故硅溶膠也可以表述為mSiO2.nH2O。制備硅溶膠有不同的途徑。最常用的方法有離子交換法、硅粉一步水解法、硅烷水解法等。

基本信息：

英文名稱：Silica sol / colloidal silica

硅溶膠屬膠體溶液，無臭、無毒。硅溶膠為納米級的二氧化硅顆粒在水中或溶劑中的分散液。由于硅溶膠中的SiO2含有大量的水及羥基，故硅溶膠也可以表述為SiO2.nH2O。

硅溶膠的離子交換工藝為美國的NALCO公司在上世紀(jì)40年代開發(fā)，后由美國杜邦公司等在五，六十年代完善，為最成熟也是最為廣泛使用的工藝。該工藝對水玻璃、離子交換樹脂等材料以及操作工藝有一定的要求，而這些正是國產(chǎn)品的弱勢。相對來說，硅粉一步水解法的工藝比較簡單，在國內(nèi)被廣泛使用。然而，用該法制備的硅溶膠通常顆粒大小在10-20納米左右，顆粒間的界面不清晰，形貌為非球形且無法控制，顆粒間的界面不清晰，故通常只是被大量使用在鑄造等行業(yè)，而在精密拋光，催化劑等許多要求更高的領(lǐng)域則無大建樹。 與國際知名硅溶膠品牌相比，國產(chǎn)硅溶膠的主要缺點為雜質(zhì)含量高、顆粒大小無嚴(yán)格控制、顆粒比表面不受嚴(yán)格檢測、二氧化硅的濃度低、酸性或中性條件下穩(wěn)定性差、使用周期短、或多或少帶點顏色、品種少等等。國際知名硅溶膠品牌有杜邦以及格雷斯的LUDOX系列。

發(fā)展：

硅溶膠無機高分子涂料是近幾年發(fā)展起來的。制備該涂料的關(guān)鍵技術(shù)是用特殊的方法除去水玻璃中水溶性的鈉離子。一般可以用離子交換、酸中和、水分解、電滲析等方法來實現(xiàn)，以生成一種極細(xì)的二氧化硅超微粒子膠狀水溶液，粒徑為580nm（一般乳液顆粒為800-1000nm）其中Si2O含量20%-30%，Na2O含量0.3%￥，氧化硅和氧化鈉的比例在40%以上。以這種硅溶液/膠為基料，配合顏料和各種助劑而制成硅溶膠無機高分子涂料。硅溶液在失去水分時，單體硅酸逐漸聚合成高聚硅膠，隨水分的蒸發(fā)，膠體分子增大，最后形成-SIO-O-SIO-涂膜：IO-SI-OH+HO-SI-OH因NA2O在硅溶膠中的含量低，硅溶膠具有一定量成膜溶解的特性，其耐水性、耐熱性能明顯優(yōu)于有機涂料。涂膜致密且較硬，不產(chǎn)生靜電，空氣中各種塵埃難粘附。在建筑涂料中，它的抗污染能力是較強的。

細(xì)微的顆粒，對基層有較強的滲透力，能通過毛細(xì)管滲透到基層內(nèi)部，并能與混凝土基層中的氫氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鈣，使涂料具有較強的粘結(jié)力。

但硅溶膠在成膜過程中體積收縮較大，涂膜易開裂。硅溶膠能與丙烯酸酯、醋酸乙烯等乳液任意相溶。兩者的特性相互補充，可以配制出性能優(yōu)良的有機、無機復(fù)合涂料。

性狀：

硅溶膠屬膠體溶液，無臭、無毒，分子式可表示為 mSiO2nH2O.

1.由于膠體粒子微細(xì)(10 - 20nm)，有相當(dāng)大的比表面積，粒子本身無色透明，不影響被覆蓋物的本色。

2. 粘度較低，水能滲透的地方都能滲透，因此和其它物質(zhì)混合時分散性和滲透性都非常好。

3. 當(dāng)硅溶膠水份蒸發(fā)時，膠體粒子牢固地附著在物體表面，粒子間形成硅氧結(jié)合，是很好的粘合劑。

用途：

1. 用作各種耐火材料粘結(jié)劑，具有粘結(jié)力強、耐高溫(1500°C-1600°C), 等特點。

2.用于涂料工業(yè)，能使涂料牢固，又能抗污防塵、耐老化、防火等功能。

3.用于薄殼精密鑄造，可使殼型強度大、鑄造光潔度高。用其造型比水玻璃造型質(zhì)量好，代替硅酸乙酯造型可降低成本和改善操作條件。

4.硅溶膠有較高的比表面積，可用于催化劑制造及催化劑載體。

5.用于造紙工業(yè)，可作為玻璃紙防粘劑、照相用紙前處理劑、水泥袋防滑劑等。

6.用作紡織工業(yè)上漿劑，它與油劑并用處理羊毛、兔毛的可紡性，減少斷頭，防止飛花，提高成品率，增加經(jīng)濟效益。

7.用作矽鋼片處理劑、顯像管分散劑、地板蠟抗滑等

技術(shù)指標(biāo)：

堿性鈉型 酸性無穩(wěn)定劑型 典型基礎(chǔ)參數(shù)數(shù)值

TS-15 TS-30 TS-32W TS-950

二氧化硅（SiO2）含量，%

15-16 30.0-31.0 40.0-41.0 20.0-21.0 25.0-26.0 30.0-31.0 30.3 25.6氧化鈉（Na2O）含量，%≤

0.10 0.50 0.55 0.40 0.04 0.05 0.06 0.25 0.04

PH值 9 9.5 9.5-10 10.5

黏度（25℃),mp a.s ≤ 5.0 6.0 7.0 25.0 5.0 6.0 7.0 5.4 3.0

密度（25℃)，g/cm3 1.12-1.14 1.15-1.17 1.19-1.21 1.28-1.30 1.12-1.14 1.15-1.17

制備工藝：

制備硅溶膠的工藝有：離子交換樹脂處理硅酸鈉稀溶液的方法；用硫酸中和水玻璃稀溶液的方法；水解硅酸酯的方法等等。其基本原理都是去掉易溶于水的鈉離子。舉例如下：

離子交換法

a 離子交換樹脂。陽離子交換樹脂采用強酸性苯乙烯陽離子交換樹脂；陰離子交換樹指采用弱堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂。

b 生產(chǎn)工藝

將模數(shù)為3.5的硅酸鈉溶液用水稀調(diào)整至含SiO24%，Na201.15%；將液通過填裝陽離子交換樹脂的閃換柱，得含SIO23.6%，NA200.005%，SiO2/Na2O摩爾比703，PH值2.5的硅酸膠稀液。

離子交換是一個平衡反應(yīng)，反應(yīng)的過程是：當(dāng)把含有Na+的硅酸溶液通過交換樹指時Na+取代了陽離子交換樹脂上的H+。

于是水玻璃中的Na+已被除去，H+陽離子與硅離子與硅酸鈉中的SiO3生成具有活性的硅溶膠稀溶液流出。

硅溶膠的離子交換質(zhì)量與下列因素有關(guān)：

樹脂再生的程度、平衡性質(zhì)、樹脂的高度、流入深度、離子大小等。

把通過陽離子交換柱的硅溶膠稀深再通過弱堿性陰離子樹脂交換柱，去除液體中的陰離子CL-，以達(dá)到更加穩(wěn)定的狀態(tài)。以交換柱流出來的稀硅深膠濃渡很低，需進(jìn)行濃縮，為了防止?jié)饪s時膠凝，濃縮前必須迅速加入穩(wěn)定劑。穩(wěn)定劑常的為MOH（M為L,Na,K,Rb,Cs,NH4.NH2等)穩(wěn)定劑的用量應(yīng)該恰當(dāng)，若小于SiO2摩爾數(shù)的1%則難于起到穩(wěn)定作用；若超過5%則將降低制品的純度。取5kg上述硅溶膠用10%NAOH溶液調(diào)PH值至78。取900g調(diào)整液注信減壓器中進(jìn)行真這減壓濃縮。并以保持容器內(nèi)液面恒定為原則，徐徐加入剩余的4100g調(diào)整液。濃縮溫度保持78℃，最后制得900g含SiO220%，Na200.33%PH為9.6的硅溶膠，其平均粒徑約16mum。

離子交換樹脂進(jìn)行離子交換后，已失去交換能力。需用鹽酸稀液洗滌，用HCL中的H9+取代樹脂上的Na+。而使離子交換樹脂的活性基團氧化，使樹脂再生，恢復(fù)交換能力。再生后和離子交換樹指必須用蒸餾水沖洗至規(guī)定的PH值為止，備下次使用。

硅溶膠的技術(shù)性能：

SiO2含量地20%30%（以H2SiO3計含量>26%）水分70%80%比重1.141.21Na2O含量0。4%0.5%粘度（涂4）10.9S可存期一年

酸中和法

用酸中和水玻璃時首先選取含有-（CH2）nCH3.R-CH2-R及含親水基的物質(zhì)，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)制得一種產(chǎn)物A，用此產(chǎn)物A 再與鈉水玻璃及H2SO4進(jìn)行反應(yīng)，最后制提改性水玻璃B。此產(chǎn)物溶于水中的穩(wěn)定期不少于三個月，失水成膜后，遇水不再溶解。

制備方法：

硅橡膠合成的簡要過程是：砂石或二氧化硅還原為單體硅→于300%溫度下，以銅作催化劑，硅與甲基氯化物相互作用→形成甲基氯化硅的混合物(一元、二元或三元)→通過蒸餾分離出二甲基氯化硅→二甲基氯化硅水解成硅烷又迅速合成為線型或環(huán)型硅氧烷→線型硅氧烷在氫氧化鉀(KOH)的幫助下，形成四元雙甲基環(huán)狀體(D4)→在KOH存在下，D4聚合，鏈終止導(dǎo)致過程的完成。

硅溶膠無機高分子涂料的配制工藝與其他涂料沒什么特殊區(qū)別，但是硅溶膠應(yīng)慢慢加入，否則涂料將發(fā)生質(zhì)變。可以參考以下配制工藝：

把成膜助劑（常用的有氧化鋅、硅酸丁酯、醋酸丁酯、甲基硅酸鈉等）加入反應(yīng)釜中，加定量的水?dāng)嚢?，并依次加入表面活性劑（苯磺酸鈉）、增稠劑（羥乙基纖維素、CMC等）、分散劑（六偏磷酸鈉）、消泡劑（磷酸三丁酯）等助劑；再慢慢加入硅溶膠，體質(zhì)顏料、色漿。用砂磨機或膠體磨研細(xì)，可以按需要加入產(chǎn)分粗粒料。涂料的PH值在8.5-10之間。

硅溶膠無機高分子涂料的配方設(shè)計：

硅溶膠成膜時收縮較大，涂膜易龜裂，為克服這個缺點、，除了在無機涂料中添加纖維狀填料，還同時添加水溶性乳液作為輔助成膜物，使有機物填充在"—Si—O—Si—"，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中減少成膜收縮和溫差引起的脹縮變化。成為一種即具有無機涂料優(yōu)良的耐候性、又具備有機涂料那樣優(yōu)良的裝飾性、穩(wěn)定性和施工性的有機復(fù)合涂料。一般可以這樣考濾：成膜物中無機物占50%~90%，有機物為50%10%。內(nèi)用時添加聚醋酸乙烯乳液；外用時添加苯-丙乳液，鈦白粉先用金紅石型，體積濃度為5%，并可摻加大量體質(zhì)顏料，其總體積濃度炒60%70%。

硅溶膠生產(chǎn)的濃縮階段,是一項耗能大、周期長的工藝環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的濃縮手段,一般采 用減常壓法脫水,使之得到所需濃度的硅溶膠。

從硅溶膠所表現(xiàn)出的pH值不同，硅溶膠又分為堿性硅溶膠和酸性硅溶膠。它們都是重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，具有不同的重要用途：如堿性硅溶膠在精密鑄造，外墻涂料等領(lǐng)域應(yīng)用;酸性硅溶膠在彩色顯像管、膠體鉛酸蓄電池，以及從國外引進(jìn)的靜電植絨技術(shù)上應(yīng)用等。

超濾膜濃縮法的單位產(chǎn)量能耗較低,周期較務(wù)短,設(shè)備投資較少,因而是一項降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑。

超濾法是一種較為先進(jìn)的制備硅溶膠的方法。超濾法就是用超濾器進(jìn)行濃縮。超濾器跟過濾器不同，超濾器所用的超濾膜只允許水及可溶性的鹽通過，不允許溶膠顆粒通過?？梢娫摲椒ū容^有效，它不僅能除去稀溶膠中的水分，而且還能除去少量的離子或易溶物。但是不允許在超濾膜上有濾餅或沉淀物出現(xiàn)，所以必須在不斷攪拌下進(jìn)行超濾。超濾能否按預(yù)想的目的進(jìn)行，關(guān)鍵是要有適用的超濾膜。