CN102745697B - 制备小粒径硅溶胶的方法 - Google Patents

制备小粒径硅溶胶的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102745697B
CN102745697B CN201210235302.8A CN201210235302A CN102745697B CN 102745697 B CN102745697 B CN 102745697B CN 201210235302 A CN201210235302 A CN 201210235302A CN 102745697 B CN102745697 B CN 102745697B
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon
sol
grain
reaction
small
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210235302.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102745697A (zh
Inventor
李春生
李春光
李朝霞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANDONG PEAK-TECH NEW MATERIAL Co Ltd
Original Assignee
SHANDONG PEAK-TECH NEW MATERIAL Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANDONG PEAK-TECH NEW MATERIAL Co Ltd filed Critical SHANDONG PEAK-TECH NEW MATERIAL Co Ltd
Priority to CN201210235302.8A priority Critical patent/CN102745697B/zh
Publication of CN102745697A publication Critical patent/CN102745697A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102745697B publication Critical patent/CN102745697B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及硅溶胶技术领域,特别涉及一种制备小粒径硅溶胶的方法,在催化剂和阻聚剂作用下,单质硅进行水解反应得到硅溶胶;所述阻聚剂为醇。通过添加醇类阻聚剂来阻止硅溶胶粒径的增长,达到制备小粒径硅溶胶的目的,使硅溶胶的粒径稳定地小于10纳米,含量大于10%,稳定期达到1年以上;无废水产生,非常环保;采用单质硅为原料,生产工艺简单,生产周期短,效率高。

Description

制备小粒径硅溶胶的方法
技术领域
本发明涉及硅溶胶技术领域,特别涉及一种制备小粒径硅溶胶的方法。
背景技术
硅溶胶是粒径在1-100纳米范围的纳米二氧化硅颗粒在水或其他有机溶剂中的分散液,广泛应用于精密铸造、耐火材料、涂料、纺织、精密抛光等领域。硅溶胶根据其粒径范围的不同而应用于不同的领域,其中小粒径硅溶胶(粒径小于10纳米)因为二氧化硅纳米粒子非常小,因而干燥后其粒子之间的结合力非常强,成膜性非常好,在无机涂料、造纸、电镀、金属表面处理等领域有广泛的用途。
目前国内的硅溶胶生产企业很多,但是产品品质与国外相比还有一定差距,主要表现在对硅溶胶的粒径无法进行精确控制,大多数企业生产的硅溶胶粒径在10-30纳米范围,大量用于耐火材料、精密铸造等低端领域。而目前国内很少有企业能够生产小粒径硅溶胶。
目前小粒径硅溶胶技术主要掌握在国外几家大公司,如AKZO-NOBEL公司,国内还没有关于小粒径硅溶胶的专利和论文等相关技术报道。
国内的硅溶胶生产技术主要有离子交换法和硅粉水解法。
离子交换法生产硅溶胶主要是采用硅酸钠为原料,先将硅酸钠配制成5-10%的水溶液,然后通过阳离子交换树脂进行离子交换,除去钠离子而得到稀的硅酸水溶液,然后将3-6%的稀硅酸溶液滴加到反应釜中,通过控制体系的pH值,使硅酸逐渐在碱性条件下聚合成二氧化硅粒子,然后经过浓缩,得到硅溶胶成品。这种生产技术由于成本低而被很多企业采用,但是有两个缺点:(一)离子交换树脂的再生要产生大量的废水,后期的浓缩过程也要产生大量的废水,会造成比较严重的环境污染。(二)生产周期比较长,整个生产周期需要几十个小时,生产效率低。(三)难以获得小粒径硅溶胶,因为在这种生产过程中随着反应时间的延长,硅溶胶的粒径在逐渐增大,等到达到20%以上的浓度时,硅溶胶的粒径已经增长到10-30纳米。
硅粉水解法的生产工艺要简单一些,在反应釜中加入水,加入碱性催化剂,升温至合适温度后,加入硅粉,使硅粉在碱催化下进行水解,生成硅酸并聚合成二氧化硅粒子,最后过滤就得到合适浓度的硅溶胶,整个生产周期不到10小时,而且没有废水产生,过滤产生的少量废渣可以作为耐火材料的原料,因而没有环境污染问题。但是,现有技术没有实现对粒径的控制,生产过程中二氧化硅粒子无序生长,一般粒径都达到了10-30纳米范围,粒径分布宽。
发明内容
为了解决以上现有技术中硅溶胶的粒径大、只能用于低端领域的问题,本发明提供了一种制备小粒径硅溶胶的方法。本专利所要解决的技术问题是硅溶胶粒径的控制,通过加入适当的和适量的醇类物质作为阻聚剂,阻止硅溶胶粒子在形成后的进一步长大,保持小粒子状态,从而制备出小粒径硅溶胶。
本发明是通过以下措施实现的:
一种制备小粒径硅溶胶的方法,在催化剂和阻聚剂作用下,单质硅进行水解反应得到硅溶胶;
所述阻聚剂为醇。
所述的方法,所述催化剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、乙醇胺、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种以上。
所述醇为乙醇、甲醇或异丙醇。
催化剂加量为单质硅重量的6.5-12%。
阻聚剂加量为单质硅重量的10-40%。
水解反应的温度为90-95℃。
水解反应时单质硅的质量浓度为10-20%。
单质硅先用水制得悬浮液,再加入含有催化剂和阻聚剂的85-95℃的水中进行水解反应。
反应终点时,单质硅漂浮物完全消失。
将反应得到的硅溶胶过滤后,采用减压蒸馏技术将阻聚剂蒸馏出来,再回收利用,这样一方面可以降低产品的成本,另一方面可以降低产品中VOC的含量。
本发明的有益效果:
1.通过添加醇类阻聚剂来阻止硅溶胶粒径的增长,达到制备小粒径硅溶胶的目的,使硅溶胶的粒径稳定地小于10纳米,含量大于10%,稳定期达到1年以上;
2.无废水产生,非常环保;
3.采用单质硅为原料,生产工艺简单,生产周期短,效率高。
具体实施方式
为了更好的理解本发明,下面结合具体实施例来进一步说明。
实施例1
在3m3的反应釜中加入1600kg去离子水,加入2kg四甲基氢氧化铵、8kg氢氧化钠,在搅拌下充分溶解;加入40kg无水乙醇,搅拌均匀;将100kg硅粉中加入水中搅拌成悬浮液,水量是可以任意选择的,只要能够与硅粉制得悬浮液即可,并且能够满足最终硅溶胶的固含量,在本实施例中,水量为180kg,当反应釜温度达到90-95度后,立即加入全部悬浮液,保持反应温度85-95度反应,反应开始后,一些硅粉吸附氢气上浮,会产生大量的漂浮物,反应一直持续到硅粉漂浮物完全消失,使硅粉反应完全。
然后用板框过滤机进行过滤,将没有反应的固体物滤除,收集滤液;将滤液于蒸馏釜中减压蒸馏,除去乙醇成分,再经浓缩器进行适当浓缩,得到小粒径硅溶胶产品。反应液的后处理,也可以采用其他的方式,这是本领域普通技术人员可以不花费创造性劳动自行选择的。
实施例2
在3m3的反应釜中加入1300kg去离子水,加入10kg四甲基氢氧化铵、2kg氢氧化钠,在搅拌下充分溶解。加入20kg乙醇,搅拌均匀;将100kg硅粉中加入水中搅拌成悬浮液,本实施例中水量选择110kg;当反应釜温度达到90-95度后,立即加入全部悬浮液,保持反应温度85-95度反应,反应开始后,一些硅粉吸附氢气上浮,会产生大量的漂浮物,反应一直持续到硅粉漂浮物完全消失,使硅粉反应完全。
然后过滤反应液,将没有反应的固体物滤除,收集滤液;将滤液蒸馏,除去乙醇成分,得到小粒径硅溶胶产品。
实施例3
在3m3的反应釜中加入1000kg去离子水,加入0.8kg乙醇胺、5.5kg氢氧化钠,在搅拌下充分溶解;加入25kg甲醇,搅拌均匀;将100kg硅粉中加入水中搅拌成悬浮液,考虑到硅溶胶的固含,本实施例中水量为150kg;当反应釜温度达到90-95度后,立即加入全部悬浮液,保持反应温度85-95度反应,反应开始后,一些硅粉吸附氢气上浮,会产生大量的漂浮物,反应一直持续到硅粉漂浮物完全消失,使硅粉反应完全。
然后用板框过滤机进行过滤,将没有反应的固体物滤除,收集滤液。将滤液于蒸馏釜中减压蒸馏,除去乙醇成分,得到小粒径硅溶胶产品。
实施例4
在2m3的反应釜中加入800kg去离子水,加入11kg四乙基氢氧化铵,在搅拌下充分溶解;加入40kg异丙醇,搅拌均匀;将100kg硅粉中加入水中搅拌成悬浮液,考虑到硅溶胶的固含,本实施例中水量为150kg;当反应釜温度达到90-95度后,立即加入全部悬浮液,保持反应温度85-95度,反应开始后,一些硅粉吸附氢气上浮,会产生大量的漂浮物,反应一直持续到硅粉漂浮物完全消失,使硅粉反应完全。
然后用板框过滤机进行过滤,将没有反应的固体物滤除,收集滤液。将滤液于蒸馏釜中减压蒸馏,除去乙醇成分,得到小粒径硅溶胶产品。
实施例5
在2m3的反应釜中加入667kg去离子水,6.5kg氢氧化钠,在搅拌下充分溶解;加入10kg乙醇,搅拌均匀;将100kg硅粉中加入水中搅拌成悬浮液,考虑到硅溶胶的固含,本实施例中水量为160kg;当反应釜温度达到90-95度后,立即加入全部悬浮液,保持反应温度85-95度,反应开始后,一些硅粉吸附氢气上浮,会产生大量的漂浮物,反应一直持续到硅粉漂浮物完全消失,使硅粉反应完全。
然后用板框过滤机进行过滤,将没有反应的固体物滤除,收集滤液。将滤液于蒸馏釜中减压蒸馏,除去乙醇成分,得到小粒径硅溶胶产品。
实施例6
在2m3的反应釜中加入667kg去离子水,6.5kg氢氧化钠,在搅拌下充分溶解;加入50kg乙醇,搅拌均匀;将100kg硅粉中加入水中搅拌成悬浮液,考虑到硅溶胶的固含,本实施例中水量为160kg;当反应釜温度达到90-95度后,立即加入全部悬浮液,保持反应温度85-95度,反应开始后,一些硅粉吸附氢气上浮,会产生大量的漂浮物,反应一直持续到硅粉漂浮物完全消失,使硅粉反应完全。
然后用板框过滤机进行过滤,将没有反应的固体物滤除,收集滤液。将滤液于蒸馏釜中减压蒸馏,除去乙醇成分,得到小粒径硅溶胶产品。
上述实施例中得到的硅溶胶产品指标如下表:
粒径(纳米) 固含量 粘度(mPa·s) 稳定期(月)
实施例1 7 10% ≤4 ≥12
实施例2 8 12.4% ≤4 ≥12
实施例3 9 15.1% ≤5 ≥12
实施例4 8 17.6% ≤5 ≥12
实施例5 9 20% ≤5 ≥12
实施例6 12 19.7% ≤5 ≥12

Claims (8)

1.一种制备小粒径硅溶胶的方法,其特征是在催化剂和阻聚剂作用下,单质硅进行水解反应得到硅溶胶;
所述阻聚剂为乙醇、甲醇或异丙醇,加量为单质硅重量的10-40%。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述催化剂为四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、乙醇胺、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于催化剂加量为单质硅重量的6.5-12%。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于水解反应的温度为85-95℃。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于水解反应时单质硅的质量浓度为10-20%。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于单质硅先用水制得悬浮液,再加入含有催化剂和阻聚剂的85-95℃的水中进行水解反应。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于反应终点时,单质硅漂浮物完全消失。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于将反应得到的硅溶胶过滤、蒸馏。
CN201210235302.8A 2012-07-09 2012-07-09 制备小粒径硅溶胶的方法 Active CN102745697B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210235302.8A CN102745697B (zh) 2012-07-09 2012-07-09 制备小粒径硅溶胶的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210235302.8A CN102745697B (zh) 2012-07-09 2012-07-09 制备小粒径硅溶胶的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102745697A CN102745697A (zh) 2012-10-24
CN102745697B true CN102745697B (zh) 2015-11-11

Family

ID=47026274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210235302.8A Active CN102745697B (zh) 2012-07-09 2012-07-09 制备小粒径硅溶胶的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102745697B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103013196A (zh) * 2012-12-18 2013-04-03 上海迪道科技有限公司 用于无机非金属材料表面改性的超薄纳米涂层的制造方法
CN103880023A (zh) * 2014-04-09 2014-06-25 陆曹生 一种大粒径硅溶胶制备方法
CN104078229B (zh) * 2014-06-21 2016-05-04 青岛科技大学 一种二氧化硅包覆磁性氧化铁纳米粒子的方法
CN111196605B (zh) * 2020-01-20 2021-10-15 西安通鑫半导体辅料有限公司 一种小粒径硅溶胶及其制备方法
CN117430117B (zh) * 2023-10-25 2024-06-18 阳江市惠尔特新材料科技有限公司 一种硅溶胶及其制造方法与应用
CN117865165B (zh) * 2024-01-15 2024-09-17 山东科翰硅源新材料有限公司 一种超小颗粒、高稳定性二氧化硅胶体的制备方法及应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86104144A (zh) * 1986-12-29 1988-07-20 张扬正 大粒径、低粘度硅溶胶的制造方法
CN1974385A (zh) * 2006-12-08 2007-06-06 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种单分散性二氧化硅溶胶的制备方法
CN101397139A (zh) * 2008-09-09 2009-04-01 苏州纳迪微电子有限公司 高纯度硅溶胶及其制备方法
CN101857236A (zh) * 2010-06-04 2010-10-13 西南科技大学 超细硅粉制备高浓度二氧化硅溶胶的方法
CN102120584A (zh) * 2011-01-18 2011-07-13 浙江大学 醇溶剂型高纯硅溶胶的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86104144A (zh) * 1986-12-29 1988-07-20 张扬正 大粒径、低粘度硅溶胶的制造方法
CN1974385A (zh) * 2006-12-08 2007-06-06 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 一种单分散性二氧化硅溶胶的制备方法
CN101397139A (zh) * 2008-09-09 2009-04-01 苏州纳迪微电子有限公司 高纯度硅溶胶及其制备方法
CN101857236A (zh) * 2010-06-04 2010-10-13 西南科技大学 超细硅粉制备高浓度二氧化硅溶胶的方法
CN102120584A (zh) * 2011-01-18 2011-07-13 浙江大学 醇溶剂型高纯硅溶胶的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
单质硅粉法制备硅溶胶的粒径控制技术研究;王丽君;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20120215(第02期);29页第6行至20行,5页第21行至第23行,34页表3.5,倒数第6行至最后一行 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102745697A (zh) 2012-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102745697B (zh) 制备小粒径硅溶胶的方法
CN101973554B (zh) 一种制备介孔二氧化硅材料的方法
CN103288657B (zh) 一种改性醇胺及其制备方法
CN100494057C (zh) 一种二氧化硅空心球的制备方法
CN103101916B (zh) 一种醇分散硅溶胶的制备方法
CN109161971A (zh) 一种由钛石膏制备硫酸钙晶须的方法
CN111196605B (zh) 一种小粒径硅溶胶及其制备方法
CN102702398B (zh) 一种聚乙烯醇缩丁醛树脂的制备方法
CN103936015A (zh) 一种喷雾法制备白炭黑浆液的方法
CN102491352B (zh) 利用废砂浆旋流分离所得硅粉组份制备白炭黑的方法
CN103073031B (zh) 一种磷肥副产氟化钠制备氟化锂的方法
CN104525064A (zh) 一种碱性硅溶胶及其制备方法
CN101696005B (zh) 一种丙烯腈聚合物基中孔炭的制备方法
CN112023957A (zh) 一种基于b-p-o基团催化剂及其制备色酚的方法
CN108690980A (zh) 一种镀锌钢板三价铬钝化剂浓缩液及制备方法
CN102515180A (zh) 利用废砂浆尾砂料制备大粒径硅溶胶和超细碳化硅的方法
CN107324350A (zh) 一种利用低品位硅藻土制备纳米沉淀二氧化硅的方法
CN115044001A (zh) 一种利用白炭黑废水生产水溶性酚醛树脂联产水性碳酸钙悬浮液的方法
CN102728853A (zh) 高纯度纳米级金属镁粉的生产工艺
CN105329907A (zh) 一种蛭石制备沉淀白炭黑的方法及使用该制备过程的废弃物制备聚硅酸铝镁絮凝剂的方法
CN102976658B (zh) 透水混凝土专用外加剂及其制备方法
CN101891213A (zh) 一种用副产品四氯化硅制备水玻璃的方法
CN105645817A (zh) 水泥减水剂的制备方法
KR101567589B1 (ko) Co/SiO2 폐촉매제로부터 고순도의 코발트 니트레이트 결정을 제조하는 방법
CN101492901B (zh) 一种高强瓦楞纸活性剂的制备工艺及其使用方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Method for preparing small particle size silica sol

Effective date of registration: 20211216

Granted publication date: 20151111

Pledgee: Shandong Junan Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: SHANDONG PEAK-TECH NEW MATERIAL Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980015103

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right
PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right

Date of cancellation: 20230222

Granted publication date: 20151111

Pledgee: Shandong Junan Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: SHANDONG PEAK-TECH NEW MATERIAL Co.,Ltd.

Registration number: Y2021980015103

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of invention: Method of preparing silica sol with small particle size

Effective date of registration: 20230227

Granted publication date: 20151111

Pledgee: Shandong Junan Rural Commercial Bank Co.,Ltd.

Pledgor: SHANDONG PEAK-TECH NEW MATERIAL Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980033575

PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right