硅溶胶的物理与化学性质介绍.ppt

硅溶胶的物理与化学性质介绍 目录 硅溶胶的简介硅溶胶的基本性质硅溶胶高温下与氧化铝的反应硅溶胶高温下与氧化镁的反应硅溶胶的应用结论 硅溶胶的简介 硅溶胶是二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶体溶液 又叫做硅酸溶液 或二氧化硅水溶液 是一种用途广泛的新型化工原料 硅溶胶的外观为乳白色半透明的胶体溶液 多成稳定的碱性 少数呈酸性 硅溶胶中SiO2的浓度一般为10 35 浓度高时可达50 硅溶胶粒子比表面积为50 400m2 g 粒径范围一般在5 100nm 即处于纳米尺度 与一般晶粒为0 1 10 m的乳液相比 其颗粒要小得多 硅溶胶的简介 式中 m n很大 而且m n 硅溶胶的胶团结构用以下化学式表示 物理性质 硅溶胶属于胶体溶液 无臭 无毒 因为硅溶胶中的二氧化硅含有大量的水及羟基 因此硅溶胶的表达式为SiO2 nH2O 硅溶胶的胶体粒子非常的小 所以有着相当大的表面积 胶体粒子是无色透明的 因此不会影响覆盖物的本色 粘度较低 水能渗透的地方都能渗透 因此 和其他物质混合时 分散性和渗透性都非常好 化学性质 当硅溶胶水分子被蒸发后 胶体粒子能牢固的附着在物体表面 粒子间形成硅氧结合 是很好的粘合剂 由于硅溶胶具有较均匀的粒径范围 较大的比表面积和较丰富的表面硅醇羟基 因此表现出很高的化学活性 硅溶胶的胶粒之间可以相互作用发生脱水缩合成网状 也可以与有些物体表面作用变成无机硅膜 因而在许多工业领域得到应用 硅溶胶的基本性质 硅溶胶的基本性质 当加热到110 时 硅溶胶中的自由水已经完全失去 当加热到140 220 时 硅溶胶脱附物理吸附水 当温度升高到400 700 时 硅溶胶中二氧化硅粒子表面硅醇间缩聚失水 即脱出化学吸附水 失水的硅凝胶变成了无定形SiO2 硅溶胶化学均匀性好 纯度高 颗粒细 活性高 原料廉价 且硅溶胶是阴离子骨架无机高分子化合物 对铝离子有特殊的反应能力与吸附作用 硅溶胶高温下与氧化铝的反应 图1纳米SiO2包覆A12O3微复合结构形成示意图 硅溶胶的表面层由许多硅烷醇基 SiOH 和羟基 OH 所覆盖 硅溶胶与Al2O3微粉混合时 胶体粒子可吸附在Al2O3颗粒表面 形成单层饱和分布 同时填充于Al2O3颗粒间隙 硅溶胶凝胶化导致纳米粒子表面硅烷醇基团间发生缩合反应 SiOH HOSiSiOSi nH2O形成硅氧烷网络结构 通过干燥或烧结处理 胶体粒子以化学健 Si O Si 相结合 形成稳定的空间网络结构 将Al2O3颗粒牢固结合在一起 并在Al2O3颗粒表面形成纳米包覆的微复合结构 硅溶胶高温下与氧化铝的反应 利用硅溶胶凝胶化在氧化铝颗粒表面形成纳米包覆微复合结构 来制备莫来石 凝胶注模成型 经1350 热处理2h后 凝胶注模成型坯体中分布于A12O3周围的无定型纳米SiO2转变为方石英相 莫来石尚未形成 经1400 热处理2h后 坯体中开始出现莫来石相 1450 形成较多莫来石 但反应尚未完成 其中仍有方石英相和刚玉相存在 经1600 热处理2h后 方石英相消失 表明莫来化过程己完成 图2不同烧结温度下XRD图谱 文献 硅溶胶分散氧化铝浆料的稳定机理及免脱气胶态原位凝固成型制备莫来石陶瓷研究 硅溶胶高温下与氧化铝的反应 水解反应诱导凝固成型 在1300 时 坯体中己开始形成莫来石 1350 时己形成较多的莫来石 在1500 时 莫来石化过程全部完成 这是因为在坯体中形成少量的铝硅凝胶 这种铝硅凝胶在1100 左右开始形成莫来石 在1250 左右可完全转化成莫来石 图3不同烧结温度下XRD图谱 硅溶胶高温下与氧化铝的反应 溶胶 凝胶法制备莫来石 莫来石的形成过程 前驱体 A12O3 无定型SiO2 Al Si尖晶石 莫来石 图4莫来石前驱体粉的TG DSC图 硅溶胶高温下与氧化镁的反应 文献 硅溶胶结合镁质耐火浇注料的显微结构和性能主要研究了在镁质耐火浇注料中用硅溶胶代替硅微粉后对镁橄榄石 Mg2SiO4 形成的影响 结果表明 试样在1200 烧结后开始生成镁橄榄石结合相 在1400 烧成 镁橄榄石量增加 而且镁橄榄石的峰强要高于添加硅微粉的试样 硅溶胶的应用 因为硅溶胶成膜后具有极好的耐水 耐高温和耐腐蚀性 因此被广泛应用于涂料行业 但由于硅溶胶中的Si O键的刚性较强 无变形能力 成膜过程中体积收缩较大 容易出现裂缝 微孔龟裂等不良缺陷 为了防止硅溶胶涂膜在硬化过程中发生脆裂 一般在无机涂料中添加纤维或纤维状填料 或者用有机高分子成膜物改性 使有机树脂填充在 Si O Si 网状结构的间隙中 屏蔽残存的羟基 减少涂膜对水的敏感程度 弛缓涂膜在冷热交替时的伸缩作用 提高涂膜的韧性 抗冲击性和耐水性等 硅溶胶的应用 文献 硅溶胶型壳经高温作用后的形态和强度变化原料 硅溶胶 煤矸石粉砂煤矸石是铝硅系的耐火材料 主要成分为SiO2和Al2O3 另外还含有一些氧化物杂质成分 硅溶胶中的SiO2质量分数为31 00 硅溶胶中也含有质量分数为0 35 的碱性氧化物Na2O 表1煤矸石粉砂的主要成分 硅溶胶的应用 当焙烧温度为1000 和1200 时 型壳X射线衍射分析图谱的物相衍射峰重合 含量基本一致 型壳的基本物相包括莫来石 方石英 氧化铝和玻璃相 图5型壳物相的XRD图谱 硅溶胶的应用 高温焙烧型壳后发现 焙烧温度低于1300 时 型壳表面形态无明显变化 但1300 以上时 随着温度升高 试样颜色明显由白变黄 并出现斑点 同时温度越高 试样变形越大 表面形态变化越明显 特别是焙烧温度高于1500 的试样已经互相粘结 表2型壳表面形态变化处的能谱分析 结论 硅溶胶的表面层由许多硅烷醇基 S