背景及概述[1-2]

硅溶胶(silicasol)是二氧化硅胶体微粒在水中均匀扩散形成的胶体溶液，又名硅酸溶液。1915年首次以水玻璃为原料，采用电渗析法制备出含二氧化硅质量分数2.4%的硅溶胶，不过由于其浓度太稀，实用意义不大。1941年利用子交换法制得高浓度的硅溶胶，其后硅溶胶才得以大规模的生产和应用。硅溶胶是一种性能优良的纳米材料，是无定形二氧化硅颗粒在水或有机溶剂中均匀分散形成的胶体溶液，是用途极为广泛的无机高分子材料。硅溶胶是由无数胶团共同形成的网络结构，因此具有大的比表面积、高吸附性，其特殊的高分散度、高耐火绝热性等优良的性能被广泛应用在精密铸造业，纺织业，催化工业，造纸和涂料工业。我国早在1958年就开始了硅溶胶的研制和生产，如南京大学配位化学研究所、天津化工研究院、兰州化学工业公司化工研究院、青岛海洋化工厂等都从事了相关的研究和开发，但品种和产量都与国外有很大差距，尤其是酸、碱性硅溶胶的比例不合理，直到20世纪80年代才有了较大进步。

性质[3]

硅溶胶属于胶体溶液，无臭、无毒，分子式可表示为

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SiO2.H2O，外观为乳白色半透明液体。硅溶胶的胶团结构可用下面的化学式表示：

硅溶胶的粒子结构和表面状态如图1，2所示。硅溶胶粒子的内部结构为硅氧烷键(-Si-O-Si-)，表面层由许多硅氧醇基(-SiOH)和羟基(-OH)所覆盖，它们同胶体溶液中存在的碱金属离子一起形成扩散双电层，粒子间的静电作用对胶体溶液的稳定起重要作用。

硅溶胶是具有胶体特性、质点近似球体、带负电的溶胶。

ζ

电位、布朗运动及足够的溶剂阻隔三大因素赋予其聚结稳定性和动力学稳定性。然而，胶粒为介稳相，始终存在自发聚结的倾向。三大稳定因素只要有一种被削弱，它就会自动聚结，产生凝胶或聚沉。当硅溶胶凝聚成凝胶后，不可能再用加热或加溶剂的方法使之重新成为溶胶，因此是一种不可逆的胶体。一般来说，比表面愈大，表面能也愈大。硅溶胶体系是表面能很大的不稳定体系，它有自动减少表面能的趋势，很容易由小粒子自发聚集成大颗粒，甚至形成凝胶。影响硅溶胶稳定性的因素很多，如电解质、温度、浓度、pH及粒径等。

应用[3]

硅溶胶具有许多优良性质和特点，因此作为一种精细化工产品，被广泛应用于化工、材料、纺织/造纸、电子等工业。

在化学工业中的应用

硅溶胶具有较大的比表面积，制得的硅胶粒子均匀，孔径和分布容易控制，是制备催化剂载体的最佳原料。美国Sohio化学公司氨氧化法制备丙烯腈所用的催化剂C41，就是将催化剂活性组分与硅溶胶混合，经喷雾干燥后制得的，其活性分布均匀，能使丙烯腈产率提高30%~40%。在含有分子筛的多组分加氢裂化催化剂中加入硅溶胶后，能提高加氢裂化活性，增加产物选择性。丙烯氧化制丙烯醛(酸)催化剂，采用硅溶胶作载体，能抑制反应过程中丙烯的深度氧化反应，其活性和选择性明显提高。此外，硅溶胶还可用于聚乙烯生产中除掉聚合物中残留的催化剂，也可作为苯乙烯聚合反应的悬浮剂。

在材料工业中的应用

在材料工业中，硅溶胶作为新材料以其卓越的耐火、耐酸性而引人注目。将硫酸与含二氧化硅质量分数24%的硅酸反应制得的硅溶胶处理陶瓷耐酸容器后，不被浸漏，且可增加承受压力。用小粒径硅溶胶代替硅酸乙酯制造的薄壳强度大，光洁度好，可大大提高铸件质量和尺寸的精密度，可降低成本，改善操作条件。在CO2型涂膜剂中添加硅溶胶，可提高展性，增加砂型强度。硅溶胶还可作为耐酸水泥、各种绝热保温材料及硅酸盐材料的黏结剂，具有粘接力强、耐酸和耐高温的特点，在陶瓷、耐火材料工业中被广泛应用。铸钢表面的一个大问题是少许钢锭常粘在铸模和底板上面，以致影响金属产品质量。若将硅溶胶与耐火材料粉末(如氧化硅、氧化铝、氧化锆、氧化铁等)混合涂布钢锭模、铁模等耐热、耐腐蚀容器的表面，此高温保护层涂料可耐高温1570~1630℃，能保护铸模和底板的工作面，大大减少模具的损耗，并使其脱模良好。如果把硅溶胶与胺类、硫脲、锌粉等材料混合制成涂料，可作钢铁表面保护材料，其性能特别是防锈性能大大超过硅酸锂锌粉涂....