硅溶胶

硅溶胶生产设备

硅溶胶无机高分子涂料是近几年发展起来的。制备该涂料的关键技术是用特殊的方法除去水玻璃中水溶性的钠离子。一般可以用离子交换、酸中和、水分解、电渗析等方法来实现，以生成一种极细的二氧化硅超微粒子胶状水溶液，粒径为580mum（一般乳液颗粒为8001000mum）其中Si2O含量20%30%，Na2O含量0.3%￥，氧化硅和氧化钠的比例在40%以上。以这种硅溶液/胶为基料，配合颜料和各种助剂而制成硅溶胶无机高分子涂料。硅溶液在失去水分时，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随水分的蒸发，胶体分子增大，最后形成-SIO-O-SIO-涂膜：IO-SI-OH+HO-SI-OH因NA2O在硅溶胶中的含量低，硅溶胶具有一定量成膜溶解的特性，其耐水性、耐热性能明显优于有机涂料。涂膜致密且较硬，不产生静电，空气中各种尘埃难粘附。在目前的建筑涂料中，它的抗污染能力是较强的。

细微的颗粒，对基层有较强的渗透力，能通过毛细管渗透到基层内部，并能与混凝土基层中的氢氧化钙反应生成硅酸钙，使涂料具有较强的粘结力。

但硅溶胶在成膜过程中体积收缩较大，涂膜易开裂。硅溶胶能与丙烯酸酯、醋酸乙烯等乳液任意相溶。两者的特性相互补充，可以配制出性能优良的有机、无机复合涂料。

1、硅溶胶的制备

制备硅溶胶的工艺有：离子交换树脂处理硅酸钠稀溶液的方法；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钠离子。举例如下：

（1）离子交换法

a 离子交换树脂。阳离子交换树脂采用强酸性苯乙烯阳离子交换树脂；阴离子交换树指采用弱碱性苯乙烯

系阴离子交换树脂。

b 生产工艺

将模数为3.5的硅酸钠溶液用水稀调整至含SiO24%，Na201.15%；将液通过填装阳离子交换树脂的闪换柱，得含SIO23.6%，NA200.005%，SiO2/Na2O摩尔比703，PH值2.5的硅酸胶稀液。

离子交换是一个平衡反应，反应的过程是：当把含有Na+的硅酸溶液通过交换树指时Ma+取代了阳离子交换树脂上的H+。

于是水玻璃中的NAa+已被除去，H+阳离子与硅离子与硅酸钠中的SiO3生成具有活性的硅溶胶稀溶液流出。

硅溶胶的离子交换质量与下列因素有关：

树脂再生的程度、平衡性质、树脂的高度、流入深度、离子大小等。

把通过阳离子交换柱的硅溶胶稀深再通过弱碱性阴离子树脂交换柱，去除液体中的阴离子CL-，以达到更加稳定的状态。以交换柱流出来的稀硅深胶浓渡很低，需进行浓缩，为了防止浓缩时胶凝，浓缩前必须迅速加入稳定剂。稳定剂常的为MOH（M为L,Na,K,Rb,Cs,NH4.NH2等)稳定剂的用量应该恰当，若小于SiO2摩尔数的1%则难于起到稳定作用；若超过5%则将降低制品的纯度。取5kg上述硅溶胶用10%NAOH溶液调PH值至78。取900g调整液注信减压器中进行真这减压浓缩。并以保持容器内液面恒定为原则，徐徐加入剩余的4100g调整液。浓缩温度保持78℃，最后制得900g含SiO220%，Na200.33%PH为9.6的硅溶胶，其平均粒径约16mum。

离子交换树脂进行离子交换后，已失去交换能力。需用盐酸稀液洗涤，用HCL中的H9+取代树脂上的Na+。而使离子交换树脂的活性基团氧化，使树脂再生，恢复交换能力。再生后和离子交换树指必须用蒸馏水冲洗至规定的PH值为止，备下次使用。

硅溶胶的技术性能：

SiO2含量地20%30%（以H2SiO3计含量>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

（2）酸中和法。用酸中和水玻璃时首先选取含有-（CH2）nCH3.R-CH2-R及含亲水基的物质，经过化学反应制得一种产物A，用此产物A 再与钠水玻璃及H2SO4进行反应，最后制提改性水玻璃B。此产物溶于水中的稳定期不少于三个月，失水成膜后，遇水不再溶解。

2、涂料的配制工艺

硅溶胶无机高分子涂料的配制工艺其他涂料没什么特殊区别，只是硅溶胶应慢慢加入，否则涂料将发生质变。可以休取以下的配制工：

把成膜助剂（常发用的用氧化锌、硅酸丁酯、醋酸丁酯、甲基硅酸钠）加入反应釜中，加定量的水搅拌，并依次加入表面活性剂（苯磺酸钠）、增稠剂（羟乙基纤维素、CMC等）、分散剂（门偏磷酸钠）、消泡剂（磷酸三丁酯）等助剂；再慢慢加入硅溶胶，体质颜料、色浆。用砂磨机或胶体磨研细，可以按需要加入产分粗粒料。涂料的PH值需要8。510之间。

硅溶胶无机高分子涂料的配方设计：

硅溶胶成膜时收缩较大，涂膜易龟裂，为克服这个缺点、，除了在无机涂料中添加纤维状填料，还同时添加水溶性乳液作为辅助成膜物，使有机物填充在"—Si—O—Si—"，网状结构中减少成膜收缩和温差引起的胀缩变化。成为一种即具有无机涂料优良的耐候性、又具备有机涂料那样优良的装饰性、稳定性和施工性的有机复合涂料。一般可以这样考滤：成膜物中无机物占50%~90%，有机物为50%10%。内用时添加聚醋酸乙烯乳液；外用时添加苯-丙乳液，钛白粉先用金红石型，体积浓度为5%，并可掺加大量体质颜料，其总体积浓度炒60%70%。

硅溶胶是耐火材料结合剂的一种。它是用硅酸钠或硅的有机化合物经过物理化学处理而制得的结合剂，又称硅酸溶胶。硅溶胶为无色或乳白色透明胶体溶液，它是由SiO2胶体粒子分散在水溶液中形成的，具有良好的胶结性能。

制备制取硅溶胶的方法有5种：(1)用硅酸乙酯水解法(见硅酸乙酯结合剂)；(2)用硅酸钠(水玻璃)溶

液进行电解、渗析和电渗析法制取；(3)用气态氟处理硅酸钠法制取；(4)用硅酸钠与乙二醛和盐酸水溶液

相互作用法制取；(5)用硅酸钠溶液进行离子交换法制取。但广泛采用的是用离子交换法从硅酸钠溶液中脱除去Na+和Cl+而制得的。

一、国际硅溶胶区域消费现状

2007年世界上硅溶胶年消费量达2.5万t-2.8万t(以SiO2计)。美国、英国、日本和瑞士是世界上主要的硅溶胶生产国。国际市场主要集中在美国、日本、英国、韩国、欧盟等国。而发展中的国家需求量也在逐年增加，生产能力不强，而中国硅溶胶出口份额较少，而国际市场需求量大。

二、国际硅溶胶消费结构现状

硅溶胶的用途很广，从国防航天到普通老百姓生活中都需求目前随着高科技硅晶片产品不断引进扩大生产，硅溶胶在电子元器件上的需求量不断扩大，硅溶胶在硅晶片生产中作为研磨清洗剂是目前市场需求很大的一个品种。

用硅溶胶作为催化剂载体纯度高，采用不同粒径硅溶胶就可以控制催化剂的比表面积，孔径和机诫强度.制成的催化剂孔结构均匀，有利于提高催化剂活性和选择性。建筑涂料的组分、毛纺助剂、精密铸造的粘合剂、耐火材料粘合剂、打蜡地板防滑、铅酸蓄电池凝固剂、玻璃纸抗粘剂、静电植绒等。

三、国际硅溶胶下游消费领域发展现状

1. 精密铸造

欧美在整个世界精密铸造市场中，北美占50-55％，欧洲占20-25％，亚洲占20-25％，其他地区占5-10%,

欧洲的精密铸造主要是高附加值产品，2003年精密铸造产值总量为14亿美元，其中高附加值产品占70％，汽车件占16％，其他件占14％，

英国是欧洲精密铸造产值最多的国家，占52％，其次是法国占19％，德国占18％，其他国家占11％。图3

表示了欧洲几个主要精密铸件生产国的产值分配。英国的产值中主要以高附加值产品为主，而将精密铸件用于汽车领域方面，德国则占据最大的份额。

北美2003年市场约为34.6亿美元，其中78％为高附加值产品，汽车产品占5％，其他市场为17％。

中国我国精密铸造发展是世界精密铸造业的一个亮点。由于历史发展的原因，在我国大陆存在针对不同质量要求而采取的不同工艺手段。首先是水玻璃工艺，发展较早，技术也比较成熟，在大陆有1000多家生产厂点。该工艺由于价位低廉，在生产一些质量要求低的精密铸件方面具有很强竞争力。而在国际通用的硅溶胶或硅酸乙酯工艺方面，由于引进技术以及大陆同业人员的不懈努力，目前已经成为国际上重要的铸件出口地。在我国大陆，已经建立起完善的精密铸造生产体系，原材料、设备、技术等保障完备。生产企业近400家，年出口超过4亿美元。

韩国韩国目前有约70家精密铸造厂，年产值1.03亿美元，为了谋求进一步发展，韩国加大了在中国大陆的直接投资，建立了8家工厂，其中青岛5家，广东1家，沈阳1家，大连1家。同时进行精密铸件的转包生产。对于韩国自身的生产企业，他们把目光瞄准在汽车涡轮增压器、IT产业零部件、航空军工零件、发电设备、医疗器械、机械人零件等领域。

台湾地区台湾的精密铸造发展与大陆关系密切，上世纪90年代，台湾的精密铸造技术向大陆转移，由于大陆的劳动力与资源优势，采用硅胶粘结剂工艺的硅溶胶技术在大陆得到迅猛发展，出口量逐年增多。上世纪末，台湾的生产厂商进一步将在台企业向大陆转移，在广东地区建立了大量的工厂。2002年，台湾的精密铸造生产企业由原来的300家左右降到68家。其中84％的厂家主要以生产机器零件、阀、五金件为主，15％的厂家主营高尔夫球头，有一家生产航空零件。

2. 耐火材料

在未来几年内,世界的耐火材料制品制造业将逐渐向我国转移,我国将成为世界耐火材料的生产加工中心。今后几年，冶金、建材、电力、石化等相关行业对耐火材料的需求还将保持一定的增长，这为耐火材料企业的发展提供了良好机遇，可以说耐火材料行业的发展空间和增长潜力是非常广阔的。

3. 涂料

2005年全球涂料市场价值达857亿美元，共计生产涂料265亿升，预计2005至2010年世界涂料市场按市值计算平均增速可达5.4%/年，如按生产量计算平均增速为5.6%/年，而2000至2005年间对应增速分别为2.7%和4.2%/年。过去五年，涂料需求主要推动力来自亚洲和东欧市场等发展中国家，预计未来还将继续起作拉动作用。

4. 纺织工业

世界纺织工业向亚洲转移使得亚洲成为世界纺织机械最大的市场。而中国纺织工业强劲的发展势头，则像磁铁一样吸引着世界各个国家。全球纺织业市场前景不确定性日益增高，这与全球信用危机以及美国、欧洲的经济成长减缓的趋势一致，将对成衣零售销售带来冲击。美元急贬、原油价格持续攀升以及中国大陆纺织品输欧即将解除设限，凡此总总都宣告着重大的改变。企业受到美国经济走缓的影响，将产生零售业销售衰退的结果。

四、2008-2010年国际硅溶胶消发展费趋势

作为一种优良的无机硅化物产品，硅溶胶被广泛应用于化工、铸造、纺织、造纸、材料、涂料、电子、抗静电剂、催化剂等工业。随着工业生产对硅溶胶性能和特点的特殊需求，以往的小粒径、非环保型、存放时间短、涂层干燥慢、制壳周期长、型壳湿强度偏低而残留强度过高、脱壳性差的缺点就日益暴露出来；随着硅溶胶制备技术的不断完善和发展，就必然要求有改进这些不利因素的新型硅溶胶产品的出现。这样，硅溶胶的制备工艺将会有大的发展，硅溶胶的应用将会步入新的辉煌。

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信息来源：中国设备网