[发明专利]一种由超细二氧化硅颗粒组成的高活性硅溶胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化学领域的化合物制品类。它涉及一种由超细颗粒组成的高活性硅溶胶的制 备工艺方法。尤其是在有机反应催化剂、无机/有机纳米杂化材料、纺织浆料领域应用的高活 性硅溶胶的制备方法。

背景技术

在很多有机材料中，为了提高有机材料的强度、耐热性等性能，常常在制备过程中添加 二氧化硅进行改性；添加的最佳原料是胶体二氧化硅(简称硅溶胶)。硅溶胶是二氧化硅分 散在水中的胶体溶液，由于其具有大的比表面积、高的吸附性以及在高温下的绝缘性、化学 稳定性等优良特性，所以被广泛应用于熔模铸造、耐火材料、催化剂、涂料、纤维、织物、 造纸、橡胶、粘结剂、油漆、医药及电子工业等制造领域。在化学工业中，硅溶胶具有较大 的比表面积，制得的硅胶粒子均匀，孔径和分布容易控制，是制备催化剂载体的最佳原料。 硅溶胶作为有机聚合物的填充剂可起到交联及补强的作用，同时还能改善聚合物的粘性、硬 度、耐久性及电绝缘性。在纺织工业中，在经纱上浆中使用硅溶胶，可使浆料分散良好，提 高浆料附着力，易于落浆，还可缩短干燥时间，减少湿度变化的影响，对减少断头有显著作 用。硅溶胶大多以水为溶剂，浓度一般为10-40％，粒径大小为5-100纳米，外观呈乳白色半 透明，多数在pH≥9的碱性条件下稳定，采用氧化钠、氨水等作为稳定剂。

工业上制备硅溶胶的常用技术是离子交换法和硅粉溶解法。离子交换法是以水玻璃为原 料，通过离子交换形成5纳米左右的晶种，然后在所述原料的水溶液中生长为8到数十纳米 的颗粒，通过调节pH值、浓度，使其保持胶体状态。例如CN1644498A公开的一种稳定型 硅溶胶的制备方法，使用普通硅溶胶为原料，通过离子交换或渗析法除去钠离子，然后加入 氨水调节pH值，得到稳定的硅溶胶，胶粒粒径在8-20纳米。CN1155514A公开的一种高纯 度、高浓度、高均匀颗粒分布的大颗粒二氧化硅溶胶的制造方法，在离子交换法的基础上进 行改进，采用氨型强酸性阳离子交换树脂进行金属离子交换并达到氨稳定，还采用微孔超滤 膜的筛分工艺操作，得到平均颗粒度为40-50纳米的硅溶胶。

硅粉溶解法具有生产工艺简单、制得的产品纯度高、颗粒致密性好等优点，近十年得到 较快的发展。CN86100503A公开的非冻结型硅溶胶的制造方法，采用100-300目硅粉在 65-100℃下，在碱的催化作用下制得硅溶胶成品。CN1699165A公开的一种硅溶胶的制造方 法，由硅粉在碱的催化作用下，与水反应，得到反应液，反应液经压滤机过滤，滤液即为硅 溶胶成品。

另外还有正硅酸乙酯水解法、电解电渗析法、微乳液法制备硅溶胶。唐永良在“浙江化工”， 2003，23(5)：4-6；王自新等人在“化学推进剂与高分子材料”，2003，1(5)：34-39，殷 馨等人在“化学推进剂与高分子材料”，2005，3(6)：27-32的以上三篇文章中，综述了硅溶 胶的制备方法、性质和应用，有的还介绍了国内外主要硅溶胶生产商的硅溶胶产品情况。 CN1064878A公布了一种高纯超细硅溶胶的制备方法，使用叔胺与环氧乙烷反应生成有机碱， 在碱性条件下水解正硅酸乙酯，然后蒸馏除掉低沸点有机物，从而生成二氧化硅胶体溶液， 产物的粒径在10-20纳米范围内，胶体中二氧化硅含量为20％。

上述方法都能制备得到不同颗粒大小和粒度分布的硅溶胶产品，但是二氧化硅颗粒的大 小一般都超过10纳米，或者粒度分布范围较宽，这一颗粒尺寸大小和粒度分布能够满足大多 数技术的需要。但是随着纳米技术的发展，人们发现，颗粒越小，比表面越大，粒子的活性 越高，作为催化剂使用时催化活性越大。如在含有分子筛的多组分加氧裂化催化剂中加入硅 溶胶后，能提高加氧裂化活性，增加产物选择性，颗粒越小，反应活性越高，选择性越好。 丙烯氧化制丙烯酸需要的催化剂，采用小颗粒二氧化硅溶胶作载体，能抑制反应过程中丙烯 的深度氧化反应，其活性和选择性明显提高。在材料工业中，用小粒径硅溶胶代替硅酸乙酯 制造的薄壳强度大，光洁度好，可大大提高铸件质量和尺寸的精密度，可降低成本，改善操 作条件。上述方法制备的硅溶胶不能获得颗粒尺寸更小的二氧化硅溶胶，因此不适用于很多 有机反应所需要的反应活性高、粒度分布窄、颗粒小的高活性硅溶胶的制备，这种情况限制 了硅溶胶产品的使用。可见研制颗粒尺寸小、粒度分布窄的高活性硅溶胶是当今需要解决的 重要技术课题。

发明内容