[发明专利]一种高抗冻型硅溶胶及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高抗冻性能硅溶胶及其制造方法，属于新材料领域。

背景技术

硅溶胶是二氧化硅在水中的胶体溶液，其胶粒粒径可以为1-100纳米，工业上用得最多的是粒径在8-20纳米的硅溶胶。由于硅溶胶具有较为均匀的粒径、较大的比表面积和较丰富的表面硅醇基，因而显示出很高的化学活性。硅溶胶的胶粒之间可以相互作用发生脱水缩和成网状，也可以与许多物体表面作用形成无机硅膜，因而硅溶胶可广泛用于建筑涂料、精密铸造、催化剂载体、耐火材料、化学机械抛光等行业。制备硅溶胶的主要方法有离子交换法、单质硅溶解法和电渗析法等。

一般硅溶胶的储存温度是在4℃以上，不能长时间保存在冰点温度，受冻后将失效，严重制约硅溶胶在高寒条件下的使用、运输和储存。目前国内硅溶胶主要品种有碱性钠型硅溶胶和酸性硅溶胶。《无机盐工业手册》(化工业出版社，北京，1996年1月出版)中引用的化工部行业标准，介绍了4种碱性钠型硅溶胶和3种酸性无稳定剂型硅溶胶产品质量标准，没有提及抗冻性硅溶胶产品品种。中国专利文献CN86100503A公开了一种非冻结型硅溶胶的制造方法，采用单质硅粉与添加了氢氧化钠和氨水作复合催化剂的水溶液反应，制得的硅溶胶冻结不胶化，也不聚合成聚硅酸，待温度稍稍上升会自动解冻而性能不变。但其产品抗冻性能十分有限，-8℃以下即有结晶析出，-10℃以下即会使产品完全失效。我国北方地区冬季低温大都在-10℃以下，-10℃的抗冻性能显然不符合这种环境要求。

发明内容

本发明提供了一种高抗冻性能硅溶胶及其制造方法，解决了硅溶胶在低温冻结后生成聚硅酸和解冻后不能继续使用的问题，产品抗低温性能可达-20℃，便于寒冷地区低温储存、运输及使用。

本发明采用的技术方案如下：

一种高抗冻性能硅溶胶，包括如下质量百分含量的组分：二氧化硅16-30％、氧化钠0.06-0.15％、氧化锂0.01-0.1％、铵盐(以铵根离子计)0.03-0.15％和余量的水；

所述的氧化钠、氧化锂和铵盐分别以Na⁺、Li⁺、NH₄⁺的形式存在，所述的二氧化硅以胶体颗粒的形式存在，胶体颗粒的平均粒径为8-20纳米；所述硅溶胶的粘度为2-5厘泊，pH值为8.0-9.5。

根据本发明，优选的，所述的高抗冻性能硅溶胶，包括如下质量百分含量的组分：二氧化硅16-30％、氧化钠0.06-0.15％、氧化锂0.05-0.10％、铵盐0.06-0.15％和余量的水。

本发明上述高抗冻性能硅溶胶的制备方法，是以硅粉水解法制得的硅溶胶产品为原料制得，所述原料中二氧化硅质量分数为17—31％，氧化钠质量分数为0.25-0.45％，pH值为8.5-9.5，胶粒粒径为8-20纳米。步骤如下：

(1)将强酸型阳离子交换树脂装柱，按下述方法处理：先用去离子水清洗离子交换树脂3-5次；再用4-5wt％的HC1溶液浸泡2-4小时，然后用去离子水淋洗至出水呈中性；改用4-5wt％NaOH溶液继续浸泡2-4小时，并用去离子水洗至出水呈中性；

重复上述方法处理2-3次，每次HC1溶液和NaOH溶液的体积用量均为树脂体积的2-3倍；最后，用4-5wt％的HC1溶液浸泡树脂2-4小时，放尽HC1溶液后，用去离子水淋洗至出水呈中性；

(2)将浓度为6-8wt％的氯化铵溶液注入步骤(2)处理好的离子交换树脂柱内，浸泡1-2小时后放尽氯化铵溶液，再用去离子水淋洗至出水pH4.5-5.5；

(3)将原料注入步骤(2)处理好的离子交换树脂柱内，使原料离子转型反应0.5-5h，得含有铵盐的硅溶胶；所述的含有铵盐的硅溶胶pH2-4；

(4)将步骤(3)得到的含有铵盐的硅溶胶搅拌状态下加入氢氧化锂悬浮溶液，所述的氢氧化锂的加入量为含有铵盐的硅溶胶质量的0.04-0.1％，

所述氢氧化锂悬浮溶液的浓度为3-5wt％，调整pH值在8.5-9.5之间，再搅拌10-20分钟，即得高抗冻性能硅溶胶。

根据本发明，优选的，步骤(1)中所述的强酸型阳离子交换树脂为强酸型苯乙烯系001×7型阳离子交换树脂，所述的HC1溶液和NaOH溶液的体积用量均为树脂体积的2倍。

根据本发明，优选的，步骤(2)中放尽氯化铵溶液后用去离子水淋洗至出水pH5.0。

根据本发明，优选的，步骤(3)中原料的体积加入量控制在离子交换树脂体积的2-3倍，离子转型反应1-3h。