CN86104144A - 大粒径、低粘度硅溶胶的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种属于非金属元素及其化合物领域的制造大粒径，低粘度硅溶胶的方法。本发明提供的制造方法特征是在于金属硅粉与硅酸盐溶液起反应直接制备出高浓度低粘度稳定的硅溶胶。

本发明硅溶胶制造方法不必离子交换，不必浓缩，不必加压扩大胶体粒径，从而省去了昂贵的设备投资，大大简化了生产工艺，使产品成本急剧下降，而产品的稳定性又急烈增加。

Description

本发明属于非金属元素及其化合物领域，是关于大粒径、低粘度硅溶胶的一种制造方法。

目前，工业上制造硅溶胶的方法大致可以分为二大类：一类是离子交换法，另一类是硅粉与稀碱反应法。但是，要获得粒径大于20mμ的硅溶胶一般均需加压，例如粒径为30u的硅溶胶，压力为15～40大气压，从而使设备要求提高。在申请号为86100503的发明创造中，发明人张扬正提出了一种非冻结型、稳定性好的硅溶胶的制造方法。其特征是金属硅粉以粉末的形式直接与加热到一定温度的稀碱溶液反应，省去氧化、活化二个步骤，使反应后所得到的非冻结型的硅溶胶的SiO₂含量29%（重量百分数）以上，粒径15～20mu左右。虽然这个方法与日本专利，昭55-10534相比，省去活化、氧化二个步骤，不仅缩短周期，减少了设备、节约投资而且由于省去了活化步骤，避免了硅在漂洗中损耗。但是，硅溶胶的粒径是15～20mu，溶胶的粘度较大。

本发明是对申请号为86100503发明创造的进一步改进，使制得的硅溶胶粒径更大，粘度低且稳定性更好。其特征是金属硅粉经粉碎后以粉末形式直接与加热到一定温度的硅酸钠或硅酸钾反应，直接制备出高浓度，大粒径稳定性好、粘度低的硅溶胶。不必离子交换、不必浓缩也不必加压。

众所周知，硅粉能与水反应生成硅溶胶，但必须以碱作催化剂：

硅酸钠或硅酸钾稀溶液中，含有二氧化硅离子和碱离子（Na⁺或K⁺），当硅酸钠或硅酸钾稀溶液与硅粉反应时，稀碱与硅粉反应生成新鲜的硅溶胶粒子，不断地包在原先水玻璃中二氧化硅胶体颗粒的外面，随着反应进行，二氧化硅粒径越来越大，硅粉添加得越多，粒径越大，这便是本发明机理。

本发明所使用的硅粉为市售的100～300目以下的硅粉，颗粒太粗，不易反应，导致反应时间过长，丧失工业实用性，颗粒太细，反应太激烈，难以控制。

本发明所使用的水玻璃可以是钠型水玻璃也可以是钾型水玻璃，工业级即可。市售的中性或碱性泡化碱即可。也就是说SiO₂/Na₂O的模数比2.4～3.3之间均可使用。

在使粉碎后的硅粉与钠型或钾型水玻璃反应时，如果为了特殊用途可在水玻璃中加氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铵、氢氧化钠、有机胺等一切无机碱或有机碱稀碱溶液总浓度1%（重量百分数）以下，以便使成品的PH值不至于太高，使游离碱浓度既能降低到最低值而稳定性又能得到最大限度的满足。而且，上述的稀碱溶液可以是单独使用其中一种，亦可以是二种或多种复合，例如氢氧化钠中加少量氢氧化铵，两种复合的效果往往超过单种，从而使反应速度大幅度提高。

本发明的反应温度是65～100℃（以不超过83℃为好），硅粉不经氧化、活化等步骤慢慢加入，直接与市售的钠型或钾型水玻璃溶液反应。为了特殊用途可加入少量的稀碱溶液，如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铵、有机胺等，可以单独加入也可以任意二种同时加入，反应完成后需边搅拌、边冷却，待冷却至50℃左右过滤，残剩的未反应的硅粉，可回收再用。

本发明的优点是投资和成本远远低于用离子交换法生产的硅溶胶，也不必用离子交换树脂交换、再生，产量也不受离子交换树脂限制，不必加压，且与申请号为86100503的发明创造相比，本发明的PH值低，设备腐蚀性小而且本发明制得的硅溶胶的粒径介于20～30mu之间，较前者更大，且稳定性又略高于前者，一般为四年左右，另外制得的硅溶胶的SiO₂浓度也高于前者，前者一般不超过30%本发明提供的方法制得的硅溶胶的SiO₂含量介于32-36%之间，稍浓缩一下，可达50%。

由于本发明提供的方法制得的硅溶胶粒径大、粘度低浓度高，因此具有更广泛的用途。用于外墙建筑涂料，可与有机乳液充分混合，更加发挥有机、无机混合型涂料的优点;用于毛纺业，与和毛油配用时易渗透到羊毛织物中，减少羊毛的断头率;用于造纸业，渗透到纸浆内提高强度;用于铸造业，可提高铸件尺寸的精度便于精密制造。

作为本发明的实施例之一是将1000份蒸馏水，加60份中性泡化碱（市售，工业级）置于装有温度计和回流冷凝器的反应器中，升温至65℃，开动搅拌器，称取160份市售的180～240目硅粉，分期分批缓慢地加入到上述的稀硅酸钠溶液中，硅粉加入后产生的是放热反应并放出氢氧。硅粉加得越快，反应越激烈，控制硅粉加入速度以反应温度不超过83℃为好，以免反应过分剧热而溢出来，一批硅粉加完后，稍平稳后再加入第二批，硅粉加到总数率 3/4 时往往是反应高潮，必要时容器外面可用水冷却，以免外溢，待硅粉全部加完后，继续在75℃温度下搅拌2-3小时，使反应完全。反应初期，溶液的PH值往往是12-14，随着反应进行PH值慢慢地下降，当PH降至9-10时，可取样分析，若含量尚未达到指标可继续反应，若已达到指标，可停止反应，边冷却、边搅拌，50℃时过滤。过滤出来的未反应的硅粉可回收。

本实例，在硅粉加完后，经4小时反应，可达下列指标：

SiO₂含量 36%（重量百分数）

Na₂O含量 0.33%（重量百分数）

PH含量    9.7

粘度（25℃）    5.3CPS

粒径    20～30mu

得率    82-85%（视硅粉质量好坏而定）

稳定期    四年以上

如果浓度为36%（重量百分数）的成品硅溶胶进一步真空浓缩的话，其浓度可达50%（重量百分数）以上，粒度也随之增大。

作为本发明的实施例2是：在1000份蒸馏水中，加50份碱性泡化碱（市售、工业级），置于装有湿度计和回流冷凝器的反应器中，升温到65℃，加入3份浓氨水，开动搅拌器，称取160份市售的180～240目硅粉，按实例1的方法操作，在硅粉加完后再经4小时反应可达下列指标。

SiO₂含量 32%（重量百分数）

Na₂O含量 0.28%（重量百分数）

PH值    9.35

粘度（25℃）    5CPS

粒径    20-30mu

稳定期    四年以上

得率    82～85%（视硅粉质量而定）

Claims (3)

1、一种制造大粒径，低粘度硅溶胶的制造方法，包括金属硅粉不经氧化，活化等步骤，其特征是金属硅粉直接与硅酸钠或硅酸钾溶液反应，反应温度范围65℃～100℃，其中以72～83℃为最佳温度。

2、按权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的稀的硅酸钠，或硅酸钾溶液中可以添加氢氧化铵，氢氧化锂，氢氧化钠，氢氧化钾、有机胺等一切无机碱，或有机碱，用以制造特殊用途的硅溶胶。这些碱可以是单独加入，也可以是几种复合。

3、按权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于加入的稀碱总浓度在1%以下（重量百分数）。