王兴业

摘要：硅溶胶中二氧化硅粒度大小与尺寸分布对其性能有重大影响，为此提出了二氧化硅粒径与比表面积应成为硅溶胶的重要性能指标, 并对二氧化硅粒径与比表面积的测定方法做了讨论。

关键词：硅溶胶；性能；二氧化硅粒径；比表面积

1　前言

    近几年, 随着硅溶胶在精密铸造、毛纺工业、造纸技术、硅钢涂层、无机涂料、催化剂载体、硅片加工等领域的广泛应用, 人们更加注重硅溶胶品类及其标准的划分。在硅溶胶诸性能中, 除二氧化硅含量、稳定剂类型及含量、pH 值等技术指标外, 二氧化硅粒径及比表面积大小也极为重要, 了解并掌握它的测试方法, 不但关系到其贮存稳定性, 而且对于正确使用硅溶胶具有重要意义。每一生产厂商及使用部门都应掌握这一重要的质量控制手段, 促使硅溶胶产品在我国标准化、系列化工作中和国际同类产品接轨。

2　基本概念

    硅溶胶是以无定形二氧化硅粒子为分散相、水为分散介质所构成的多相分散胶态体系, 其粒径处于5～100nm 范围内。粒径有三种表示方法, 数均粒径dn 是在电子显微镜下直接观察测量的众多粒子的平均直径, 特点是直观, 能观察到粒子大小分布状况; 重均粒径dw 表示其重量与粒子重量平均值的粒子大小; 面均粒径ds表示有关其表面积与粒子的表面积平均值相同的粒子大小。有关资料表明, 粒径表示方法不一样, 其在硅溶胶中的实际含量也不同。

3　粒径大小测定

    如上所述, 硅溶胶中粒径大小及其分布是质量控制的重要因素。尽管测定过程中不同方法存在数据中差异, 但对我们认识微观领域中的硅溶胶粒子提供了科学依据。现将常用方法做一介绍。

    电子显微镜法。将硅溶胶样品用纯水稀释分散后,用移液管滴到有支持膜的专用铜网上。干燥后在透射电镜下观察, 选取均匀部位拍照, 按节点法计算粒径dn。现将天津造纸技术研究所为我所测定的科研和生产用硅溶胶样品粒径数据到于表1。

     由表1可知, 就数均粒径大小而言, 国内外硅溶胶产品数据相近, 但粒径分布国外产品近似正态分布, 国内产品粒径小的个数多。硅粉法制备的硅溶胶粒径比较均匀。电镜测试专家反映, 国产硅溶胶粒子易聚集难分散, 照片中粒子分布不均匀, 可能与制备硅溶胶时浓缩加料方式有关。

4　粒子比表面积测定

    硅溶胶中二氧化硅粒子的比表面积的大小与其稳定性和粘结强度密切相关, 它和粒径一样决定产品类型和应用范围。常见的测试方法有下列几种。

    氮吸附(BET ) 法、染料吸附法、碱吸附法 

   现将测定的国内硅溶胶产品的比表面积列入表2。

    由于研究工作周期较长, 未能同时将同一样品作电镜粒径测定和比表面积测定, 有待硅溶胶标准化、系列化时作深入细致的试验研究工作。但有一点可以说明,国产硅溶胶小粒径所占的比例大, 比表面积偏高是符合实际的。

5　今后工作的几点意见

 ( 1) 目前国内硅溶胶生产厂商和用户, 只注意SiO₂及N a₂O 含量测定, 忽视粒子尺寸及比表面积测定, 致使种类单调, 产品标准化、系列化速度缓慢, 不利于生产工艺稳定。

 ( 2) 据了解, 国内用电子显微镜测定dn , 只有天津造纸技术研究所分散技术比较成熟, 图片清晰, 由于科研投入少, 测试费用高, 许多硅溶胶生产厂和使用单位不去做粒径性能, 国内硅溶胶仍达不到国外同类产品水平。

( 3) 碱吸附法测定比表面积, 应用其它方法校正,使其更加完善。国内应研制抗钠玻璃电极, 消除测定过程中出现的“钠”效应。由pH 值410至910过程中电源要稳定, 防止出现酸度计指针大幅度偏摆, 影响测试结果。

 ( 4) 日本和美国硅溶胶样品与国内几家厂商硅溶胶相比可以看出, 国外产品外观透明, 似水状, 粒径成正态分布, 粒子外观圆滑, 图片清晰。国内产品外观混浊, 粒径分布不规则且难分散。说明制备工艺有待改进。硅粉溶解法制备的样品粒径均匀、比较清晰。

 ( 5) 应重视硅溶胶物理性能测试工作, 它不但可以评估化学分析结果, 而且可快速、直观地判定其质量,如密度与二氧化硅含量、pH 值与稳定剂含量、动力粘度与杂质及粒径大小都存在某种关系。

    尽管硅溶胶已有国标, 专用硅溶胶已有GJB 2031294国军标, 但不适应工业发展对硅溶胶品类的要求, 如果硅溶胶这一边缘科学有技术交流组织, 加强协作, 必将推动制备工艺的改进、性能测试方法的完善, 和国外同类产品接轨的时间将会大大缩短。