硅溶胶粘度性能初探.doc

硅溶胶粘度性能初探上虞市字达化工有限公司 章浩龙超雅琴攮 要 奉文分折了与硅溶腔牯度性能相关的各种内在因素包括硅溶胶的s坞吉量、溢度、pIf值和腔 粒的形状、大小、致密性、水化层的厚薄，荷电性以反硅溶腔中存在的电解质、高景物，等等它并不仅仅 表示了硅溶胶产品的稀厚度，更湃刻地揭示了硅溶胶的内在徽观结构，是与硅涪腔质量密切相关的一个重要 指标。无论在硅溶胶产品的生产或使用中，都应对其粘度指标值引起足喀的重视关键词t硅溶胶，胶体、黏度对精密铸造用硅溶胶来说粘度无疑是一个很重要的指标。而对于各硅溶胶生产企业来 说，粘度又是硅溶胶各个理他指标中较难控制的一个指标宇达公司在这几年的生产与技术开发、研究过程中，一直在探索如何控制产品粘度如 何稳定产品粘度的问题，并取得了不少的成果。特别是积累了较详尽的与粘度相关的各种影 响因素，井使之应用到生产实践中去凭借这一点，宇达公司目前能自如地生产粘度从35100 CP的产品。并能够为各个用户长期提供粘度及其他各项指标相当稳定的产品。现 我们把与硅溶胶粘度相关的一些因素分析总结如下，供大家参考，希望能有助于各硅溶胶生 产企业对粘度的控制，有利于各精铸企业对硅溶胶有关指标的把握。为提高精铸企业的工艺稳定性出一点微薄之力1硅溶胶粘度的定义、实质与测量仪器当液体流动时液体内部微粒(分子与胶粒)间会产生内摩擦力秸度可以认为是液体 流动时所表现出来的内摩擦力。粘度的国际单位是PaS，即NSm4其物理定义是表示流层面积为l血2的两平行面， 相距为Im。若使它们产生l舶，s的相对速度，所需力如是IN，则此流体物质的粘度便是lPaS。此单位太大，描述硅溶胶粘度时，常用单位是ml，aS，1Pa,s=-10(0)OST程上较多用到的是厘泊概念，ICP=lmPaS当然糖度单位还有其他很多种表述方法，如运动粘度， 单位为m2s1。但这些单位现在已越来越少用了我们认为硅溶胶粘度是硅溶胶最重要的理化指标之一这并不仅仅是因为它关系到精铸涂料的粉液比、涂料粘度等，更重要的是，我们认识到粘度是硅溶胶理化指标中几乎唯一可 以通过宏观检测方法便能方便检测到的、又能深刻揭示硅溶胶微观结构的一个指标硅溶腔 胶粒的双电层结构、水化层状况、荷电性能等这些胶体最微观的因素，都会在粘度指标中体 现出来测量硅溶胶粘度的仪器，主要有二种：毛细管秸度计和旋转式粘度计应该说这二种粘 度计都能较准确地测定硅溶胶的粘度，但我们认为旋转式粘度计更为适合，其理由是：用毛 细管粘度计测硅溶胶粘度，很难保证管内壁没有硅溶胶残留与沉积，而即使少量的硅溶胶沉 积也会影响到毛细管内壁的表面粗糙度，从而严重影响测量值的准确度。特别是使用很频繁、 累计使用时间较长的硅溶胶生产企业，我们更建议使用旋转式粘度计旋转式牯度计型号较多，一般用ND卜l和ND卜-7两种型号的粘度计来测量硅溶胶粘度较为理想另外有一种锥面粘度计。从其结构原理和积分方程式看，应该是一种更为理想硅溶胶粘度测量仪器可惜我们从未买到过这种粘度计关于粘度的测量值，有一点需要说明：由于硅溶胶是一种非牛顿流体，因此每次的测量一46值(即使同一个人，同样仪器。同样的其他条件)有一定的差异是完全正常的一个通俗 的解释是，硅溶胶胶粒形状和大小并不完全一样，因此每次吸附或影响到仪器壁的胶粒的数 量、特征也不完全一致，因此测定值有一定的涨落也就完全正常了一般来说测定值的涨 落度不超过测量值的-5为保证测量值尽可能在涨落度的中甸位置，当对粘度有特别严格 的要求时，我公司采用连续测5次，去掉最大，最小值，取中间三个值的平均数的方法，这 样能使测定值尽可能地准确些2各种因素对硅溶胶粘度的影响对硅溶胶粘度起作用的影响因素，一般书上仅介绍卜4种，但根据我们多年的经验与 总结。远远不止这些因素，实际上共有二十几个相关因素现把一些主要因素介绍如下；21Si 02含Si锄含量越高，粘度值也越大根据爱因斯坦粘度定理，影响粘度高低的不是Si02占溶 液的重量分数而应该是体积分数但对硅溶胶来说，在不考虑其他因素的情况下，重量分 数大致与体积分数成正比，所以si02含量的商低直接影响刭粘度值的大小22温度 温度上升，粘度值下降这是由于温度上升后，分子热运动及布朗运动加剧分子或粒子间吸引力相对减弱，同时溶剂化程度也相对下降这样导致粘度下降，因此。我们给出一个硅溶胶粘度值时必须注明其温度条件，如n劫mnh23胶粒形状 如果硅溶胶胶粒的形状越接近球形体，则粘度越小；反之，胶粒的不规则度与对称性越差，则粘度越大根据爱因斯坦粘度定律水系悬浊液粘度n=1+K-由+瞄由2，m为体积分数， k为形状系数。球形体为25，椭圆体为48，棒状体为舯球形体的规则度和对称性最好， 其k值最小，其牯度值也最小24脑粒致密性 一般来说，硅溶胶胶粒越致密，粘度越小；反之，胶粒越呈松散体，粘度越大。由于粘度大小与胶粒体积分数相关，这点便就显而易见了25胶粒大小 硅溶胶胶粒越小，粘度越大。反之胶粒越大则粘度越小在一定体积浓度下。粒子越细，则粒子数越多。粒子问平均距离越小，粒子间相互作用机会增加，位移自由度减少 牯度增大同时，由于胶粒的水化作用，每个粒子表面均有一层水化膜因而粒子呈现出来 的体积有效体积比粒子的实体积要大得多，粒子变小粒子效增加，其有效体积之总和 增大，因此粘度增加2O粒子大小分布 一般来说，硅溶胶胶粒粒子大小有级配的，粘度较小；粒子大小越均匀，粘度越大这与精铸涂料配制时耐火材料的级配有利于粉液比的提高道理是一样的，那是由于粒子大小级 配有利于其有效体积的有效性总和的减小宇达公司努年曾用此方法来谓整硅溶胶粘度但现在已较少使用一方面，由于用此方法调整粘度的幅度不够大，另一方面。当精铸用面层硅溶胶需要7_岫小粒子硅溶胶时，无法用更小的粒子去级配(今年宇达公司虽已研制出35nm小粒子硅溶胶，但我们现在已有更有效的方法来控制粘度了)幺7股粒水化层厚簿 在其他同等情况下，胶粒水化层越厚有效体积越大，硅溶胶粘度越大；水化层越薄。有效体积越小，粘度越小这也是宇达公司目前最有效、最常用的粘度控制方法我们通过-47控制反应进程，调整硅溶胶表面羟基与残氧键的多少，来控制胶体表面的疏水性与亲水性， 最终达到控制粘度大小的目的通过几年来的实践证明，这是一种既不影响硅溶胶的理化性 能与使用性能，又行之有效的好方法。28苟电性 由于硅溶胶的双电层结构，硅溶胶胶粒都是带电荷的，粒子表面电荷与双电层内相反电性离子之问的相互作用导致粘度上升，这种现象称为“电粘现象”硅溶胶胶粒带电越多 其电粘现象导致粘度越大。胶体荷电量的多小可用电位值表示。电位值可用电泳仪测得电位值不仅仅会影响胶体的粘度还与胶体的稳定性、贮存期密切相关。酸性硅溶胶的 电位值较小，所以酸性硅溶胶的粘度也相对较小，但其稳定性远不及一般碱性硅溶胶。同时，一些已变质或将要变质的硅溶胶，由于其胶体荷电减小，电位较低，其粘度往往也会变小29pH值 一般来说。pH值的高低与E电位值密切相关，但不同的硅溶胶由于其制备方法的不同、Na20含量高低的不同等医素差异很大而仅仅对相同N电。含量的碱性硅溶胶而言，pH值 越高，胶粒荷电越小，电位越小硅溶胶粘度越小210电解质当硅溶胶中加入电解质时，由于扩散层中阳离子被压入(排斥)到吸附层从而使胶粒 荷电量减小，电位降低，胶体粘度下降但这种粘度下降是以胶体结构破坏。胶体稳定性 下降为代价的，特别是当电解质加入量达到一定的值(聚沉值)时胶体发生聚沉现象。所 以硅溶胶生产企业万万不能用这种方法来调整牯度，即使不到聚沉地步，硅溶胶性能也已严 重恶化，最终会极大影响在精铸行业的使用性能和铸件质量。211高分子物质 高分子物质对枯度的作用相当复杂，这里不作详细分析，只作大致介绍。高分子物质种类不同、加入量的不同，对硅溶胶的影响差异很大，大部分情况都是使粘度上升但也有秸 度下降或使硅溶胶发生絮凝现象的具体分析需参照胶体“空位稳定理论”212机械杂质 没有电解质离子产生的机械杂质一般对粘度变化影响很小。但如加入量足够多时，筑会使硅溶胶由胶体变成糊状物。它的粘度便已不再是胶体的牯度，而是稀涂料的粘度了 相关说明以上列举了一些较重要的、对硅溶胶粘度影响较大的因素关于这些因素，尚需作如下 说明：(1)每一种特定硅溶胶最后体现的粘度，都是多种因素影响的综合反应如本公司生产 的低粘度小粒子硅溶胶，它的确定模式为致密性球体、水化层较薄而荷电居中、pH值居中的 均匀小粒子，在这些因素中，有使粘度变大的。也有使粘度变小的或居中的。而晟后的综合 表现是粘度值较小如3如40CP，能完全满足要求粘度较小的精铸企业的使用要求7(2)很滩单纯地从粘度大小来判别硅藩胶的优劣这不仅仅是指各个企业对硅溶腔粘度 的要求不一样，更是指同样粘度的硅溶胶优劣差异很大比方说同样是低粘度硅溶胶，有 的是相当优质的硅溶胶，有的则是接近变质的硅溶胶我公司对硅溶胶变质过程中粘度的变 化作过相当长时闻的跟踪与分析、研究硅溶胶开始变质时，往往先有一个较缓慢的、幅度 也不很大的粘度变小过程，随着变质程度的加剧，有的粘度急剧下降，变成絮凝；有的则在 粘度下降到一定程度后，粘度急剧增大，直到失去流动性。变成冻胶所以有时若需了解某 一批贮存了较长时间的硅溶胶产品有否已经变质，一种最简单有效的办法便是测量其粘度， 如果连续段时问测得的粘度值变化很少并且与出厂原值变化也不大时则几乎能肯定这批 硅溶胶的质量还没有发生变化再一种情况，如果想了解某一批硅溶胶的稳定性到底是否足一48够好，最简单有效的办法是：先让其经受一定的恶劣环境(如夏天室外暴晒三天到一周)，再 测其粘度，如粘度和外观变化均不大，则这批硅溶胶的稳定性很好；反之，则这批硅溶胶的 质量应引起注意这实际不就是本文开头所提到的粘度是一个能揭示硅溶胶微观结构的指标 的原因3精铸业对硅溶胶粘度的要求与选择宇达公司通过对现有一百多家精铸客户的了解发现，各精铸企业对硅溶胶粘度的要求各 不相同，有的需要低粘度，有的需要高粘度，而有的则无特殊要求几乎从3,5-10OCP的 都有，这与各个企业所选用的其他原辅材料、使用习惯、工艺状况以及铸件结构、品种有关。 对于一家精铸企业而言，首先应明确自己对硅溶胶粘度的要求范围然后将要求范围明确告 知硅溶胶生产企业或供应商，硅溶胶厂商如在保证稳定的粘度值指标的前提下，再严格把关 Si02含量(与密度有对应关系)，适当控制pH值与粒径大小。这样，硅溶胶的稳定质量就能 基本得到保障了当然。我们更建议各精铸企业能配置一些基本的硅溶胶检测仪器按一般使用要求检测硅溶胶的常规理化指标，大概只需添置伍仟元左