[其他]非冻结型硅溶胶的制造方法

说明书

本发明属于非金属元素及其化合物领域，是关于硅溶胶的制造方法。

目前，世界上硅溶胶的工业制法大致有两种，一种是离子交换法，另一种是硅粉与稀碱反应法。美国专利2614993，2614994，2614995提出用氟离子处理，活化硅粉，这种方法既需特别设备，又需腐蚀性药品。日本专利昭55-10534提出不必用氟离子活化硅粉，也不需复杂设备，只要把粉碎后的“新鲜”硅粉放在空气中氧化10天，使硅粉表面全部氧化，生成氧化皮膜，（提高温度可加速氧化速度，例如，于100℃空气接触氧化70小时即可，150℃空气接触氧化30小时即可，于300℃空气接触氧化1小时就可以了）。原则上氧化温度可以提高到硅的熔点，但一般使用温度低于400℃。氧化后的硅粉用60°±5°的热水保温，搅拌，反复活化二次，然后再与稀碱溶液在60±5℃的温度下反应，生成高浓度硅溶液。与美国专利相比，这种方法虽不要特殊设备和腐蚀性药品，但硅粉与稀碱溶液反应的前处理太麻烦，又是全面氧化，又是活化，氧化时不加热，需10天时间，加热的话，又将增添加热设备，使投资增加，活化时又要反复多次，每次活化后要倾去上面清液，硅粉损失很大，所以此工艺存在着工艺周期长，工艺不够简化，成本不够经济，投资大等缺点。

本发明的目的在于克服上述缺点。提出一种非冻结型的稳定性好的硅溶胶的制造方法。其特征是金属硅经粉碎后以粉末形式直接与加热到一定温度的稀碱溶液反应，省去氧化，活化二个步骤。反应后所得硅溶胶的二氧化硅含量可达29%以上。

本发明的反应机理是：

Si+2OH+H₂O→SiO₃+2H₂

SiO₃+H₂O→SiO₂+2OH

金属硅粉与水反应是不容易的，必须添加碱作催化剂，以氢氧化钠碱液为例，如果添加得太多，生成的成品将不是硅溶胶而是硅酸钠，所以碱必须尽量少加，但碱浓度太低又不容易反应。因此国外考虑硅粉先活化一下，而本发明通过适当提高金属硅粉与碱液的反应温度，使金属硅粉直接与稀碱液反应，再则，由于反应温度提高，反应激烈，碱溶液浓度即使下降到0.0025～0.125摩尔/升也能反应，从而使成品中的氧化钠含量更低，使成品硅溶胶的纯度更高。

本发明的原料是水，硅粉，碱。成品是硅溶胶，无任何付产物，也无三废。

本发明所用的硅粉为市售的100～300目以下的硅粉，颗粒太粗，不易反应，导致反应时间过长，丧失工业实用性，颗粒太细，反应太激烈，不易控制。

本发明中所使用的碱，可以是氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化锂，氢氧化铵，有机胺。氢氧化钠是比较便宜而常用的一种。稀碱溶液浓度在1%（重量百分数）以下，具体浓度视成品硅溶液中金属碱离子的最高允许量而决定。在保证稀碱浓度1%以下的前提下，碱可以是一种，也可以是几种复合。例如，氢氧化钠中可加些氢氧化铵，两种催化剂的复合效果往往超过单种催化剂的催化效果，从而使反应速度大幅度提高。众所周知，氨稳定硅溶胶含量能达40%以上，因此氢氧化铵的添加不但加速了反应速度，另外它还起了改变胶体粒子的物理结构，扩大胶体粒径，增加胶体稳定性的作用，由于氨水容易挥发，成品中几乎无氨的残留，因而氨的添加对成品的PH值几乎无任何影响。

本发明的反应温度是65～100℃，硅粉不经氧化，活化步骤，直接与1%以下浓度的稀碱反应，反应温度低于65℃的话，反应速度太慢，无工业价值，高于100℃的话，反应太激烈，（实际上93℃时，反应已经很难控制了）。而且温度过高往往会带来胶化现象，因此反应的最佳温度可控制在72～83℃之间，反应中还可以灵活机动地补充水，以免胶化。

本发明的优点是投资和成本远比离子交换法生产的硅溶胶低，也不需要再生，交换等麻烦的离子交换操作，也不必将只有3%浓度的硅溶胶常压或减压浓缩到30%，本发明生产硅溶胶的产量可以是离子交换法的几十倍到几百倍。另外本发明制备的硅溶胶即使冻结也不胶化，也不聚合成固体的聚硅酸，待温度稍稍上升后会自动解冻而性能不变，因而解决了长途运输到寒冷地区的冻结问题。

本发明与昭55-10534日本专利相比，由于金属硅粉直接与稀碱浓度反应，省去氧化，活化两步骤，不仅缩短了生产周期，而且还节约了投资，减少了设备，再则由于省去了活化这个步骤故避免了硅在漂洗中的损耗，从而节约了成本，另外，本发明由于碱浓度更低，成品中金属污染可更少。因此从投资，成本，劳动强度，生产效率等方面来看，本发明更适合于大规模生产。