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硅溶膠的特點以及在耐火材料行業中的應用
發布時間：2024-02-29 點擊次數：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、質點近似球體、帶負電的溶膠。ξ電位、布朗運動及足夠的溶劑阻隔三大因素賦予其聚結穩定性和動力學穩定性。然而，膠粒為介穩相，始終存在自發聚結的傾向。三大穩定因素只要有一種被削弱，它就會自動聚結，產生凝膠或聚沉。當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定體系，它有自動減少表面能的趨勢，很容易由小粒子自發聚集成大顆粒，甚至形成凝膠。影響硅溶膠穩定性的因素很多，如電解質、溫度、濃度、pH及粒徑等。其中pH值與硅溶膠的穩定性關系如圖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定，使用較多。SiO2質量分數一般為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領域中的廣泛應用與其性能的特點有著密切關系。硅溶膠有許多優良性質如大比表面、高吸附性、高分散度(數納米到數十納米)、高耐火絕熱性等，從其性質出發可發現以下特點：
①附著在固體表面的二氧化硅膠粒可增大摩擦系數;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通過干燥或燒結可形成固態凝膠，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孔的凝膠，又可均勻分散粉料，增加懸浮體的穩定性;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中，使表面平滑;⑦通過均勻混合微粒，可使有機樹脂在機械、光學及電性能方面的改性增強;⑧溶膠是液狀體系，能進行均相反應，以硅溶膠代替二氧化硅作原料進行反應，可提高反應速度。
硅溶膠具有許多優良性質和特點，因此作為一種精細化工產品，被廣泛應用于化工、材料、紡織/造紙、電子等工業。
在材料工業中，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量分數24%的硅酸反應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度大，光潔度好，可大大提高鑄件質量和尺寸的精密度，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劑，具有粘接力強、耐酸和耐高溫的特點，在陶瓷、耐火材料工業中被廣泛應用。
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，以致影響金屬產品質量。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，此高溫保護層涂料可耐高溫1570~1630℃，能保護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、硬化的結果，它兼具無機和有機涂料的優點。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，熔融后也不能再恢復，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，且具有低溫儲藏穩定性，可噴涂、滾涂或刷涂，不需有機溶劑，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外墻，涂層膜硬度好，無裂縫，性能優異。
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