CN105293504B - 一种有机‑无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有机‑无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法包括步骤如下：(1)向无机碱溶液中加入硅粉，控制硅粉：水质量比＝1:8～15，反应得到pH＝9.5～10.5的硅溶胶母液；(2)向硅溶胶母液中加入有机碱溶液，在70～90℃反应，使粒径增长，控制反应过程中体系pH值范围9.5～10.5；(3)反应结束后，去除反应液中未反应的固体杂质，浓缩至所需要的浓度，即得。本发明根据两步中所投入两类催化剂相对用量和比例的不同，以及所选用硅粉粒度、活性、用量的不同，制备平均粒径从20nm至100nm左右的单分散大粒径硅溶胶。

Description

一种有机-无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法

技术领域

本发明涉及一种有机-无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法，属于新材料技术领域。

背景技术

硅溶胶是无定形二氧化硅聚集颗粒在水中均匀分散形成的胶体溶液，是一种特殊结构的纳米材料，分子式为mSiO₂·nH₂O，其胶粒大小一般为5～200nm。其中，工业上把胶粒粒径大于20nm的硅溶胶称为大粒径硅溶胶，根据使用需求的不同可以制备成不同的浓度，通常在20～50％之间。

大粒径高浓度硅溶胶的胶粒具有庞大的比表面积、表面多介孔结构、吸附能力强，具有较强的稳定性和粘结性能，因此被广泛应用于精密铸造、防腐涂料、纺织、造纸、CMP技术、催化剂载体等行业。同时，由于硅溶胶具有无毒无污染等特点，日益成为引人注目的无机精细化工产品，有着非常广阔的应用前景。

目前硅溶胶的制备方法主要有渗析法，离子交换法，单质硅水解法，胶体溶胶法，聚合物水解法等。但是国内工业上应用的硅溶胶制备方法主要为离子交换法和单质硅水解法。

从1915年美国人首先用电渗析法制备出质量分数为2.4％的硅溶胶开始，硅溶胶事业的发展极为快速，在一百年的时间里，研究者发现了多种制备硅溶胶的途径，制备出了各种不同种类和性质的硅溶胶产品，并且在不同的领域里得到了广泛的应用。

我国硅溶胶的研制和生产始于20世纪50年代，随着经济的发展，许多新领域对硅溶胶的需求不断增加，我国硅溶胶生产技术也不断发展。但是目前国内硅溶胶产品品种仍然较少，性能比较单一，与国外硅溶胶产业发展水平还有较大差距，很多品种还需从国外进口。

目前国内外已经有大量关于硅溶胶制备方法的报道；在硅溶胶产品的粒径控制方面，尤其是关于单分散性硅溶胶的制备方法，目前也已经有一定的报道。例如专利文件USPatent3,538,015及专利文件US Patent 3,440,170通过将一种酸性硅溶胶以特定速度加入到10～30nm的碱性硅溶胶中，控制pH＞7进行生长，得到重均粒径45～100nm的均一球形硅溶胶。专利文件CN 1594079A采用水玻璃法，通过用离子交换树脂处理为活性硅酸后为原料，通过控制加料方式、反应过程pH值、温度等条件，制备粒径分布较窄的硅溶胶，但直接反应所得硅溶胶浓度较低，在生产过程中会产生大量废水，操作复杂，成本较高。专利文件CN1155514A以水玻璃为原料，采用恒液面蒸发和多次循环稀释超滤工艺，二氧化硅的粒径达到40～50nm，与专利文件CN 1594079A存在相同问题。专利文件CN 1974385B采用先加入部分硅粉水解制备母核，然后再向母核溶液中加入硅粉，再缓慢补充稀碱水溶液的方法，根据向母核中加入硅粉和稀碱溶液的不同，制得了一系列具有单分散性的硅溶胶。张建新、刘玉岭等以胶粒平均粒径28nm母液制备出粒径57nm硅溶胶，在此基础上，通过工艺调整并按照分级生长模式，进一步制备出平均粒径为112nm的大粒径硅溶胶(参见：CMP专用大粒径硅溶胶研磨料生长及控制机理[J]，张建新，刘玉岭，张楷亮，檀栢梅，牛新环，王娟，纳米技术与精密工程，2008，6(2):103-107)。许念强、顾建祥等通过大量的制备研究，成功地在低成本、低能耗前提下，以水玻璃为原料，采用滴加工艺制备一定粒径大小的二氧化硅作为母核；在催化剂和分散剂共同作用下，采用水解硅粉的方法使母核二氧化硅颗粒进一步增长，得到50～100nm的硅溶胶(参见：大颗粒、高浓度硅溶胶的制备新方法，许念强，顾建祥，罗康，郑松保，化工进展，2005,24(8)，925-929)。

目前国内所生产大粒径硅溶胶，无论水玻璃法还是硅粉水解法，均存在金属离子(主要为无机催化剂引入的Na⁺，K⁺)含量较高的问题，无法满足部分行业的使用需求，要降低金属离子含量则需要对产品进行复杂的后处理，手续繁杂，成本昂贵。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种有机-无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法。本发明以有机碱部分取代传统无机碱作为催化剂，催化硅粉水解制备大粒径硅溶胶，并且创新性的采用硅粉一次投料的特殊工艺，制得低钠、低钾、粒度均一的产品，可成功应用于抛光、涂料等领域。

本发明的技术方案如下：

一种有机-无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法，包括步骤如下：

(1)以无机碱作为催化剂制备硅溶胶母液

向pH＝11～12.5、温度为70～90℃的无机碱溶液中加入硅粉，控制硅粉：水质量比＝1:8～15，反应得到pH＝9.5～10.5的硅溶胶母液；

(2)粒径增长

向硅溶胶母液中加入有机碱溶液，在70～90℃反应，使粒径增长，控制反应过程中体系pH值范围9.5～10.5；

(3)纯化及浓缩

反应结束后，去除反应液中未反应的固体杂质，浓缩至所需要的浓度，即得单分散大粒径硅溶胶。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的无机碱为氢氧化钠或/和氢氧化钾，无机碱溶液的浓度为0.005～0.15wt％，pH范围11～12.5；

优选的，反应温度为75～85℃；

优选的，反应时间为1～2h。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的硅粉，纯度≥99wt％，颗粒大小40～325目，更优选100～200目。

本发明步骤(1)得到的硅溶胶母液的平均粒径10～20nm，粒径均匀，作为粒径进一步增长的基础。反应体系中硅粉一次性全部投入，同时满足母核制备和粒径增长的需求。

根据本发明，优选的，步骤(2)中所述的有机碱为分子量为50～200、沸点＞100℃的强碱性水溶性有机碱；进一步优选为有机胺或/和有机胍，最优选乙醇胺或/和四甲基胍；

优选的，有机碱溶液的浓度为1～10wt％。本发明所选择的有机碱需具有较高的沸点，因为所选择的反应温度在70～90℃，若有机碱沸点过低则容易挥发，无法起到催化的作用，造成浪费和环境污染。

根据本发明，优选的，步骤(2)中有机碱所含碱性基团的物质的量换算为等物质的量的步骤(1)所述无机碱时，对应使用的质量为步骤(1)无机碱使用质量的3～15倍；

优选的，步骤(1)和(2)中，使用的无机碱和有机碱中碱性基团总量按等物质的量换算为氢氧化钠后与硅粉的质量比为1:25～30。

根据本发明，步骤(2)中有机碱溶液的加入时间为15～30h，加入完毕后继续反应10～15h。有机碱的加入速度应保证反应体系的pH范围在9.5～10.5之间。

根据本发明，优选的，步骤(3)中去除反应液中未反应的固体杂质的方式为离心分离或过滤，浓缩的方式为减压浓缩或超滤浓缩。

本发明的原理：

本发明以有机碱部分替代传统无机碱作为催化剂，获得低Na⁺、低K⁺、几乎无其他金属离子杂质的硅溶胶，并能够精确控制产品粒径，得到粒径可控、球形度好的单分散纳米二氧化硅溶胶产品。由于有机基团的引入，该硅溶胶体系二氧化硅颗粒表面的一部分硅羟基被有机基团覆盖，因而与水体系和有机体系都具有较好的相容性，提高了产品的适用范围。

本发明通过大量实验发现，在反应初期通过控制催化剂的浓度、反应液的温度以及所用硅粉的目数范围和用量，可以达到控制硅粉反应速度、并进而控制成核期成核粒子浓度(数量)和大小的目的，并且所得到的母核粒径均匀；而且，通过精确控制初期成核条件，以及反应过程粒径生长条件，还可以达到控制最终产品粒径的目的，因此在实际操作时可以依据目标产品的粒径要求选择合适的初期反应条件。在获得了粒径均匀的母核后，按一定速度向其中补充有机碱催化剂的水溶液；要获得单分散性好的硅溶胶必须严格控制碱液的补充速度和总量，保证生长过程中无新的小粒子生成；通过大量实验发现，要保证生长过程中无新的小粒子生成，在补充碱液的过程中，应始终保证反应液pH值＜10.5，最佳反应pH值范围为9.5～10.5，这样既可以避免新粒子的生成，又能保证较高的反应速度。同时，反应过程中需要严格控制反应温度，大量实验表明最佳反应温度为70～90℃，在单次的实验过程中反应温度范围控制在75～85℃范围内最佳。温度控制可用温控系统来实现，包括升温设备和降温设备，通过温控设备，甚至可以将温度控制在所设定的X±2℃范围内，从而可以更精确的控制最终产品的粒径和获得更好的单分散性。

本发明适用于一步法制备粒径从20nm到100nm的一系列单分散硅溶胶，并且可成功进行大规模生产。

在本发明所采用的工艺中，由于采用硅粉一次投料的方法，在硅粉转化率相同的情况下，投入相同的硅粉，要获得不同的产品粒径，则需要对反应速度进行调整和控制——反应速度越快则所得产品粒径越小，反之则越大。控制反应速度主要通过控制反应温度、催化剂浓度、硅粉粒度和活性实现：如果固定硅粉粒度和活性，则反应温度越高、初始无机碱催化剂用量越高、有机碱溶液补充速度越快，所得产品的粒径小；反应温度相对低、初始无机碱催化剂用量相对低、有机碱溶液补充速度相对慢，都能得到粒径更大的硅溶胶产品。

本发明方法可以制得平均粒径从20nm到100nm的大粒径单分散硅溶胶产品，其粒径可以依据实际需要，通过调节前期成核条件和后期生长条件进行控制；本发明方法可以得到固含量15～30％的硅溶胶，pH值范围9～11，更高浓度的硅溶胶可以通过超滤浓缩或减压浓缩的方法获得。本发明方法制得的硅溶胶产品属于高品质硅溶胶，可广泛用于化学机械抛光、涂料等技术领域中。

本发明方法之所以在初始阶段仍采用无机碱作为催化剂，而不是全部采用有机碱，是因为有机碱在水中不是一次性全部解离，因此在固定其浓度后仍不能保证其水解后溶液中OH^-浓度的稳定性，而OH^-浓度直接决定了初始阶段硅溶胶母核的浓度和粒径，进而决定了所能得到的大粒径硅溶胶的最终粒径；OH^-浓度不稳定则无法实现产品最终粒径的控制。因而成核阶段需要采用在水中能完全解离的氢氧化钠或氢氧化钾等无机碱作为催化剂，在这种情况下，无机碱浓度固定则OH^-浓度固定，所能得到的初始阶段硅溶胶母核的浓度和粒径也能一致；而保证母核浓度和粒径一致，只要后期的操作中保证不产生新核，则最终产品的粒径一致；由此，才可以实现大粒径硅溶胶粒度的精确控制和保证结果的重复性。

与现有技术相比，本方法的技术特点及优良效果如下：

1、本发明是一种硅粉法生产大粒径硅溶胶方法，根据需要调节工艺条件——包括物料配比、反应温度、催化剂用量、催化剂补充速度等，可以制备粒径均匀的从20nm到100nm的大粒径单分散硅溶胶产品。

2、本发明一次性投入所需硅粉，所投入硅粉可以满足母核溶液的制备和粒径增长的需求，与通常采用的分批投入硅粉的方法相比，操作工艺简单；由于同时采用了按一定速度补充催化剂的方法，可以有效控制反应过程速度，使反应过程平缓，降低反应速率波动，因此可以减少次生核生成的几率，从而得到粒径均匀的产品。与传统先制备母液，再多次补充硅粉进行生长的方法相比，本技术创新性的采用了一次性投入硅粉的方法，通过控制成核期无机碱催化剂用量对成核浓度和母核粒径进行控制；在硅粉转化率相同的情况下，最终生成的粒径大小与成核浓度、母核粒径大小直接相关，由此可以实现制备不同粒径产品的需求；然后采用特殊设备按一定速度补充有机碱催化剂，控制粒径的生长，在避免生成新核的同时使硅粉完全反应，就得到了一系列不同粒径的单分散硅溶胶产品。

3、本发明成本低(成本与硅粉法生产普通硅溶胶成本相差不大，但大粒径售价远高于普通硅溶胶)，生产周期短，稳定性好，产品收率高，操作工艺简单，易于进行大规模生产。

4、与水玻璃方法生产的硅溶胶相比，本发明具有离子杂质较少、球核结构致密、耐磨等特点。

5、与传统无机碱催化所得的硅溶胶相比，本发明以有机碱作为主要催化剂，所得硅溶胶颗粒表面结构与只用无机碱催化剂时表面结构不同；该系列硅溶胶颗粒表面吸附和结合大量有机基团，与普通碱性硅溶胶相比，应用于涂料领域如乳胶漆、外墙涂料等领域时，与其中的有机成分有更好的相容性。

6、由于采用有机碱作为主要催化剂(为无机碱的3～15倍)，有效降低了Na⁺，K⁺等金属阳离子的含量，不仅可以应用于蓝宝石抛光、玻璃抛光等，还可以适用于对金属阳离子有限制范围的抛光行业，如集成电路抛光、硅衬底抛光等。

附图说明

图1为实施例1所得的硅溶胶粒径分布图。

图2为实施例1所得的硅溶胶不同倍率下的扫描电镜照片。

图3为实施例2所得的硅溶胶粒径分布图，从图中可以看出，产品粒径多分布在40nm附近。

图4为实施例2所得的硅溶胶不同倍率下的扫描电镜照片，从图中可以看出，产物粒径均匀。

图5为实施例3所得的硅溶胶粒径分布图，从图中可以看出，产品粒径多分布在80nm附近。

图6为实施例3所得的硅溶胶不同倍率下的扫描电镜照片，从图中可以看出，产物粒径均匀。

图7为对比例1所得的硅溶胶粒径分布图，从图中可以看出，产物粒径均匀。

图8为对比例1所得的硅溶胶不同倍率下的扫描电镜照片，从图中可以看出，产品粒径多分布在40nm附近。

图9为对比例2所得的硅溶胶粒径分布图，从图中可以看出，粒度分布曲线峰较宽，产物粒径不均匀。

图10为对比例2所得的硅溶胶不同倍率下的扫描电镜照片，从图中可以看出，产品粒径最小只有10nm左右，最大超过100nm，粒径不均匀，粒径范围广。

具体实施方式

下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步说明，但不限于此。

实施例中所用原料均为常规市购产品。

实施例1

一种有机-无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法，包括步骤如下：

(1)取1000克去离子水，加入到装有回流冷凝器的反应釜中，使液面在反应釜3/4处，开动搅拌器，搅拌速度500转/分钟，将水加热至70℃，向水中加入催化剂氢氧化钠0.8克，配制成氢氧化钠的0.08wt％的水溶液，升温至80℃，一次性加入硅粉100克(纯度＞99％，粒度100～200目)，在搅拌速度500转/分钟情况下反应1小时，得到平均粒径13nm，浓度1.6wt％的均匀硅溶胶母液，作为粒径进一步增长的基础。

(2)称取5克乙醇胺(沸点170℃，易溶于水，强碱性)，加入到95克去离子水中，配制成5wt％的乙醇胺水溶液；

用蠕动泵将乙醇胺水溶液缓慢加入到步骤(1)所得的硅溶胶母液中，前5小时的加入速度为每小时5克溶液，之后提高到每小时7.5克溶液，共15小时加完。然后继续反应15小时，总反应时间31小时，使粒径增长，反应充分进行。反应过程中，控制反应过程温度范围75～85℃，控制方式为向反应釜夹层通蒸汽升温和通冷凝水降温；反应过程pH值范围9.5～10.5，按上述催化剂补充条件即可实现。

(3)通过离心、过滤除去未反应的硅粉杂质，所得大粒径硅溶胶固含量19.13wt％；产品收率89％。然后通过蒸发浓缩或超滤浓缩的方法，可以依据实际需求浓缩至所需浓度。

本实施例产品硅溶胶粒径分布图如图1所示，为使用Malvern激光粒度分析仪检测得到，图1显示产品Z平均粒径＝30.34nm，PDI(粒度分布系数)＝0.030，分布曲线峰很窄，在用激光粒度分析仪进行检测时，产品的粒度分布系数PDI＜0.05即属于单分散体系，由此可见该方法所得到的产品为单分散体系，SiO₂聚集体颗粒的粒径均匀。图2为本实施例产品硅溶胶扫描电镜照片，图2中可见产物粒径均匀，集中在30nm附近。

实施例2

一种有机-无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法，包括步骤如下：

(1)取1000克去离子水，加入到装有回流冷凝器的反应釜中，使液面在反应釜3/4处，开动搅拌器，搅拌速度500转/分钟，将水加热至70℃，向水中加入催化剂氢氧化钠0.3克，配制成氢氧化钠的0.03wt％的水溶液，升温至80℃，一次性加入硅粉100克(纯度＞99％，粒度100～200目)，在搅拌速度500转/分钟情况下反应1小时，得到平均粒径14nm，浓度0.78％的均匀硅溶胶母液，作为粒径进一步增长的基础。

(2)称取5.5克乙醇胺(沸点170℃，易溶于水，强碱性)，加入到94.5克去离子水中，配制成5.5％的乙醇胺水溶液。

用蠕动泵将乙醇胺水溶液缓慢加入到步骤(1)所得的硅溶胶母液中，前5小时的加入速度为每小时3克溶液，之后提高到每小时5克溶液，补充5小时后提高到每小时6克溶液，共20小时补完。然后继续反应10小时，总反应时间31小时，使粒径增长，反应充分进行。反应过程中，控制反应过程温度范围75～85℃，控制方式为向反应釜夹层通蒸汽升温和通冷凝水降温；反应过程pH值范围9.5～10.5，按上述催化剂补充条件即可实现。

(3)通过离心、过滤除去未反应的硅粉杂质，得到的硅溶胶固含量18.79wt％；产品收率88％，然后通过蒸发浓缩或超滤浓缩的方法，可以依据实际需求浓缩至所需浓度。

本实施例产品硅溶胶粒径分布图如图3所示，为使用Malvern激光粒度分析仪检测得到，图3显示产品Z平均粒径＝39.78nm，PDI(粒度分布系数)＝0.029，分布曲线峰很窄，在用激光粒度分析仪进行检测时，产品的粒度分布系数PDI＜0.05即属于单分散体系，由此可见该方法所得到的产品为单分散体系，SiO₂聚集体颗粒的粒径均匀。图4为本实施例产品硅溶胶扫描电镜照片，图4中可见产物粒径均匀，集中在40nm附近。

实施例3

一种有机-无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法，包括步骤如下：

(1)取1000克去离子水，加入到装有回流冷凝器的反应釜中，使液面在反应釜3/4处，开动搅拌器，搅拌速度500转/分钟，将水加热至70℃，向水中加入催化剂氢氧化钠0.1克，配制成氢氧化钠的0.01wt％的水溶液，升温至75℃，一次性加入硅粉125克(纯度＞99％，粒度40～120目)，在搅拌速度500转/分钟情况下反应1小时，得到平均粒径18nm，浓度0.28％的均匀硅溶胶母液，作为粒径进一步增长的基础。

(2)称取5克1,1,3,3-四甲基胍(沸点160℃，易溶于水，强碱性)，加入到95克去离子水中，配制成5％的四甲基胍水溶液。

用蠕动泵将上述步骤(2)中所得的四甲基胍水溶液缓慢加入到步骤(1)所得的硅溶胶母液中，前5小时的加入速度为每小时1克溶液，之后5小时提高到每小时2克溶液，之后10小时提高到每小时3克溶液，最后10小时提高到每小时5.5克溶液，共30小时补完。然后继续反应10小时，总反应时间41小时，使粒径增长，反应充分进行。反应过程中，控制反应过程温度范围70～85℃，控制方式为向反应釜夹层通蒸汽升温和通冷凝水降温；反应过程pH值范围9.5～10.5，按上述催化剂补充条件即可实现。

(3)通过离心、过滤除去未反应的硅粉杂质，得到的硅溶胶固含量24.37wt％；产品收率91％，然后通过蒸发浓缩或超滤浓缩的方法，可以依据实际需求浓缩至所需浓度。

本实施例产品硅溶胶粒径分布图如图5所示，为使用Malvern激光粒度分析仪检测得到，图5中显示产品Z平均粒径＝79.27nm，PDI(粒度分布系数)＝0.012，分布曲线峰很窄，在用激光粒度分析仪进行检测时，产品的粒度分布系数PDI＜0.05即属于单分散体系，由此可见该方法所得到的产品为单分散体系，SiO₂聚集体颗粒的粒径均匀。图6为本实施例产品硅溶胶扫描电镜照片，图6中可见产物粒径均匀，集中在80nm附近。

对比例1

如实施例2所述，不同的是步骤(2)不使用有机碱，而是同样使用氢氧化钠，即：整个反应过程都是用无机碱氢氧化钠，其他条件同实施例2。

在这种情况下，由于步骤(1)中形成的母核指标稳定，在步骤(2)中虽然使用的是无机碱氢氧化钠，但因为整个过程的温度控制和pH控制范围与实施例2一致，因此在反应过程中不会生成新核，最终可以得到粒径与实施例2基本相同的均匀硅溶胶。

本实施例产品硅溶胶粒径分布图如图7所示，为使用Malvern激光粒度分析仪检测得到，图7显示产品Z平均粒径＝37.73nm，PDI(粒度分布系数)＝0.045，分布曲线峰很窄，在用激光粒度分析仪进行检测时，产品的粒度分布系数PDI＜0.05即属于单分散体系，由此可见该方法所得到的产品为单分散体系，SiO₂聚集体颗粒的粒径均匀。图8为本实施例产品硅溶胶扫描电镜照片，图8中可见产物粒径均匀，集中在40nm附近。

但是在本实施例中，由于需要使用的无机碱氢氧化钠的总量为3.9克，最终产品中所含的的无机金属离子Na⁺含量＞2000ppm；而如实施例2所得到的硅溶胶无机金属离子Na⁺含量＜200ppm。在某些应用中，无机金属离子(包括但不限于Na⁺)含量过高会影响其使用效果。例如在对硅衬底、金属或合金进行抛光时，过高的金属离子含量可能会引起工件局部发生“穿通”效应，引发漏电甚至造成工件失效；如果要降低Na⁺含量需要经过复杂的后续处理才可实现，成本较高。部分使用有机碱可以有效降低无机金属离子的含量，并且后续处理过程简单，成本较低。

对比例2

如实施例2所述，不同的是步骤(1)使用有机碱，即：整个反应过程都是用有机碱乙醇胺，其他条件同实施例2。

与无机碱相比，有机碱在水中无法完全水解且水解速度较慢，导致无法提供稳定的初始反应条件，反应初始阶段pH不固定——即OH^—浓度不固定，因而无法形成指标合适并且固定的母核，进而影响后续的反应，导致最终产品粒径不均匀，为多分散体系；并且产品指标不稳定，结果重复性差，无法实现稳定生产。

如图9所示为其中一次本实施例产品硅溶胶的粒径分布图，为使用Malvern激光粒度分析仪检测得到，图9显示产品Z平均粒径＝81.34nm，PDI(粒度分布系数)＝0.155，分布曲线峰较宽，在用激光粒度分析仪进行检测时，产品的粒度分布系数PDI＞0.08即属于多分散体系，由此可见该方法所得到的产品为多分散体系，SiO₂聚集体颗粒的粒径不均匀。图10为本实施例产品硅溶胶扫描电镜照片，图10中可见产物粒径极不均匀，最小的只有10nm左右，最大的超过100nm，粒径分布范围极广。

在这种情况下，由于所得到的产品粒径不均匀，造成使用效果不理想，例如在抛光领域，粒径不均匀时，磨粒与工件间的作用力不均匀，抛光效果较差，材料利用率较低。

Claims (8)

1.一种有机-无机复合催化制备单分散大粒径硅溶胶的方法，包括步骤如下：

（1） 以无机碱作为催化剂制备硅溶胶母液

向pH=11~12.5、温度为70~90℃的无机碱溶液中加入硅粉，控制硅粉：水质量比= 1 : 8~ 15， 反应得到pH=9.5~10.5的硅溶胶母液；

所述的无机碱为氢氧化钠或/和氢氧化钾，无机碱溶液的浓度为0.005 ~ 0.15 wt%；

所述的硅粉纯度 ≥ 99 wt%，颗粒大小40 ~325目；

（2）粒径增长

向硅溶胶母液中加入有机碱溶液，在70~90℃反应，使粒径增长，控制反应过程中体系pH值范围 9.5 ~ 10.5；

所述的有机碱为分子量为50 ~ 200、沸点＞100℃的强碱性水溶性有机碱；

所述的有机碱溶液的浓度为1 ~ 10wt%；

有机碱所含碱性基团的物质的量换算为等物质的量的步骤（1）所述无机碱时，对应使用的质量为步骤（1）无机碱使用质量的3 ~ 15倍；

步骤（1）和（2）中，使用的无机碱和有机碱中碱性基团总量按等物质的量换算为氢氧化钠后与硅粉的质量比为1 : 25 ~ 30；

（3）纯化及浓缩

反应结束后，去除反应液中未反应的固体杂质，浓缩至所需要的浓度，即得单分散大粒径硅溶胶。

2.根据权利要求1所述的制备单分散大粒径硅溶胶的方法，其特征在于，步骤（1）中反应温度为75~85℃。

3.根据权利要求1所述的制备单分散大粒径硅溶胶的方法，其特征在于，步骤（1）中反应时间为1~2h。

4. 根据权利要求1所述的制备单分散大粒径硅溶胶的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的硅粉颗粒大小为100 ~ 200目。

5.根据权利要求1所述的制备单分散大粒径硅溶胶的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的有机碱为有机胺或/和有机胍。

6.根据权利要求5所述的制备单分散大粒径硅溶胶的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的有机碱为乙醇胺或/和四甲基胍。

7. 根据权利要求1所述的制备单分散大粒径硅溶胶的方法，其特征在于，步骤（2）中有机碱溶液的加入时间为15 ~ 30h，加入完毕后继续反应10 ~ 15h。

8.根据权利要求1所述的制备单分散大粒径硅溶胶的方法，其特征在于，步骤（3）中去除反应液中未反应的固体杂质的方式为离心分离或过滤，浓缩的方式为减压浓缩或超滤浓缩。