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硅溶膠的特點(diǎn)以及在耐火材料行業(yè)中的應(yīng)用
發(fā)布時間：2024-02-29 點(diǎn)擊次數(shù)：929
硅溶膠屬于膠體溶液，無臭、無毒，分子式可表示為mSiO2.H2O，外觀為乳白色半透明液體。硅溶膠是具有膠體特性、質(zhì)點(diǎn)近似球體、帶負(fù)電的溶膠。ξ電位、布朗運(yùn)動及足夠的溶劑阻隔三大因素賦予其聚結(jié)穩(wěn)定性和動力學(xué)穩(wěn)定性。然而，膠粒為介穩(wěn)相，始終存在自發(fā)聚結(jié)的傾向。三大穩(wěn)定因素只要有一種被削弱，它就會自動聚結(jié)，產(chǎn)生凝膠或聚沉。當(dāng)硅溶膠凝聚成凝膠后，不可能再用加熱或加溶劑的方法使之重新成為溶膠，因此是一種不可逆的膠體。
一般來說，比表面愈大，表面能也愈大。硅溶膠體系是表面能很大的不穩(wěn)定體系，它有自動減少表面能的趨勢，很容易由小粒子自發(fā)聚集成大顆粒，甚至形成凝膠。影響硅溶膠穩(wěn)定性的因素很多，如電解質(zhì)、溫度、濃度、pH及粒徑等。其中pH值與硅溶膠的穩(wěn)定性關(guān)系如圖3所示，可見硅溶膠在堿性范圍及部分酸性范圍(pH2~4)下較穩(wěn)定。
成品硅溶膠一般分為堿性硅溶膠和酸性硅溶膠，其中堿性硅溶膠較為穩(wěn)定，使用較多。SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為10%~50%，其粒徑為5~100nm，比表面積為50~400m2/g。
硅溶膠在科研及各工業(yè)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用與其性能的特點(diǎn)有著密切關(guān)系。硅溶膠有許多優(yōu)良性質(zhì)如大比表面、高吸附性、高分散度(數(shù)納米到數(shù)十納米)、高耐火絕熱性等，從其性質(zhì)出發(fā)可發(fā)現(xiàn)以下特點(diǎn)：
①附著在固體表面的二氧化硅膠?？稍龃竽Σ料禂?shù);②無需固化劑，自身可牢固地附著在固體表面并形成堅固的膜，同時成膜溫度很低;③通過干燥或燒結(jié)可形成固態(tài)凝膠，因而具有一定的耐久性;④既可形成具有表面積大且均勻細(xì)孔的凝膠，又可均勻分散粉料，增加懸浮體的穩(wěn)定性;⑤通過Si-OH基和吸附水，可提高潤濕性和防帶電性能;⑥可浸入填充到多孔性物質(zhì)中，使表面平滑;⑦通過均勻混合微粒，可使有機(jī)樹脂在機(jī)械、光學(xué)及電性能方面的改性增強(qiáng);⑧溶膠是液狀體系，能進(jìn)行均相反應(yīng)，以硅溶膠代替二氧化硅作原料進(jìn)行反應(yīng)，可提高反應(yīng)速度。
硅溶膠具有許多優(yōu)良性質(zhì)和特點(diǎn)，因此作為一種精細(xì)化工產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于化工、材料、紡織/造紙、電子等工業(yè)。
在材料工業(yè)中，硅溶膠作為新材料以其卓越的耐火、耐酸性而引人注目。將硫酸與含二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)24%的硅酸反應(yīng)制得的硅溶膠處理陶瓷耐酸容器后，不被浸漏，且可增加承受壓力。用小粒徑硅溶膠代替硅酸乙酯制造的薄殼強(qiáng)度大，光潔度好，可大大提高鑄件質(zhì)量和尺寸的精密度，可降低成本，改善操作條件。在CO2型涂膜劑中添加硅溶膠，可提高展性，增加砂型強(qiáng)度。
硅溶膠還可作為耐酸水泥、各種絕熱保溫材料及硅酸鹽材料的黏結(jié)劑，具有粘接力強(qiáng)、耐酸和耐高溫的特點(diǎn)，在陶瓷、耐火材料工業(yè)中被廣泛應(yīng)用。
鑄鋼表面的一個大問題是少許鋼錠常粘在鑄模和底板上面，以致影響金屬產(chǎn)品質(zhì)量。若將硅溶膠與耐火材料粉末(如氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、氧化鐵等)混合涂布鋼錠模、鐵模等耐熱、耐腐蝕容器的表面，此高溫保護(hù)層涂料可耐高溫1570~1630℃，能保護(hù)鑄模和底板的工作面，大大減少模具的損耗，并使其脫模良好。
如果把硅溶膠與胺類、硫脲、鋅粉等材料混合制成涂料，可作鋼鐵表面保護(hù)材料，其性能特別是防銹性能大大超過硅酸鋰鋅粉涂料。
日本早在20世紀(jì)70年代就開始把硅溶膠用在建筑涂料上，特別是外墻涂料上。例如，以硅溶膠為主要成膜物，以合成乳脂液(如苯丙乳液、醋酸乙烯樹脂乳液)為輔助成膜劑，外加顏料、填料、添加劑所配成的復(fù)合外墻涂料，對材料的附著不是一般涂料的表面附著，而是滲透、硬化的結(jié)果，它兼具無機(jī)和有機(jī)涂料的優(yōu)點(diǎn)。硅溶膠作建筑外墻涂料的基料，能使涂層牢固，附著性能好，又有抗污防塵、耐老化、耐火等功能。但一般硅溶膠在0℃以下將凍結(jié)，熔融后也不能再恢復(fù)，這種不可逆性造成硅溶膠涂層在冬季不能施工的顯著缺陷。
若在硅溶膠中添加1種以上的3個碳以上的長鏈二元醇和水溶性三聚氰胺，則制成的硅溶膠涂料能在冬季施工，且具有低溫儲藏穩(wěn)定性，可噴涂、滾涂或刷涂，不需有機(jī)溶劑，涂后不需加熱干燥，特別適用于混凝土、砂漿和石板建筑物的內(nèi)外墻，涂層膜硬度好，無裂縫，性能優(yōu)異。
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