[其他]非凍結型硅溶膠的制造方法

無效

• 申請號: 86100503
• 申請日: 1986-01-23
• 公開（公告）號: CN86100503A
• 公開（公告）日: 1987-08-12
• 發明（設計）人: 張揚正;王靜惠
• 申請（專利權）人: 張揚正
• 主分類號: C01B33/14
• 分類號: C01B33/14
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 潘振甦,徐漢民

本發明屬于非金屬元素及其化合物領域，是關于硅溶膠的制造方法。

目前，世界上硅溶膠的工業制法大致有兩種，一種是離子交換法，另一種是硅粉與稀堿反應法。美國專利2614993，2614994，2614995提出用氟離子處理，活化硅粉，這種方法既需特別設備，又需腐蝕性藥品。日本專利昭55-10534提出不必用氟離子活化硅粉，也不需復雜設備，只要把粉碎后的“新鮮”硅粉放在空氣中氧化10天，使硅粉表面全部氧化，生成氧化皮膜，（提高溫度可加速氧化速度，例如，于100℃空氣接觸氧化70小時即可，150℃空氣接觸氧化30小時即可，于300℃空氣接觸氧化1小時就可以了）。原則上氧化溫度可以提高到硅的熔點，但一般使用溫度低于400℃。氧化后的硅粉用60°±5°的熱水保溫，攪拌，反復活化二次，然后再與稀堿溶液在60±5℃的溫度下反應，生成高濃度硅溶液。與美國專利相比，這種方法雖不要特殊設備和腐蝕性藥品，但硅粉與稀堿溶液反應的前處理太麻煩，又是全面氧化，又是活化，氧化時不加熱，需10天時間，加熱的話，又將增添加熱設備，使投資增加，活化時又要反復多次，每次活化后要傾去上面清液，硅粉損失很大，所以此工藝存在著工藝周期長，工藝不夠簡化，成本不夠經濟，投資大等缺點。

本發明的目的在于克服上述缺點。提出一種非凍結型的穩定性好的硅溶膠的制造方法。其特征是金屬硅經粉碎后以粉末形式直接與加熱到一定溫度的稀堿溶液反應，省去氧化，活化二個步驟。反應后所得硅溶膠的二氧化硅含量可達29%以上。

本發明的反應機理是：

Si+2OH+H₂O→SiO₃+2H₂

SiO₃+H₂O→SiO₂+2OH

金屬硅粉與水反應是不容易的，必須添加堿作催化劑，以氫氧化鈉堿液為例，如果添加得太多，生成的成品將不是硅溶膠而是硅酸鈉，所以堿必須盡量少加，但堿濃度太低又不容易反應。因此國外考慮硅粉先活化一下，而本發明通過適當提高金屬硅粉與堿液的反應溫度，使金屬硅粉直接與稀堿液反應，再則，由于反應溫度提高，反應激烈，堿溶液濃度即使下降到0.0025～0.125摩爾/升也能反應，從而使成品中的氧化鈉含量更低，使成品硅溶膠的純度更高。

本發明的原料是水，硅粉，堿。成品是硅溶膠，無任何付產物，也無三廢。

本發明所用的硅粉為市售的100～300目以下的硅粉，顆粒太粗，不易反應，導致反應時間過長，喪失工業實用性，顆粒太細，反應太激烈，不易控制。

本發明中所使用的堿，可以是氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋰，氫氧化銨，有機胺。氫氧化鈉是比較便宜而常用的一種。稀堿溶液濃度在1%（重量百分數）以下，具體濃度視成品硅溶液中金屬堿離子的最高允許量而決定。在保證稀堿濃度1%以下的前提下，堿可以是一種，也可以是幾種復合。例如，氫氧化鈉中可加些氫氧化銨，兩種催化劑的復合效果往往超過單種催化劑的催化效果，從而使反應速度大幅度提高。眾所周知，氨穩定硅溶膠含量能達40%以上，因此氫氧化銨的添加不但加速了反應速度，另外它還起了改變膠體粒子的物理結構，擴大膠體粒徑，增加膠體穩定性的作用，由于氨水容易揮發，成品中幾乎無氨的殘留，因而氨的添加對成品的PH值幾乎無任何影響。

本發明的反應溫度是65～100℃，硅粉不經氧化，活化步驟，直接與1%以下濃度的稀堿反應，反應溫度低于65℃的話，反應速度太慢，無工業價值，高于100℃的話，反應太激烈，（實際上93℃時，反應已經很難控制了）。而且溫度過高往往會帶來膠化現象，因此反應的最佳溫度可控制在72～83℃之間，反應中還可以靈活機動地補充水，以免膠化。

本發明的優點是投資和成本遠比離子交換法生產的硅溶膠低，也不需要再生，交換等麻煩的離子交換操作，也不必將只有3%濃度的硅溶膠常壓或減壓濃縮到30%，本發明生產硅溶膠的產量可以是離子交換法的幾十倍到幾百倍。另外本發明制備的硅溶膠即使凍結也不膠化，也不聚合成固體的聚硅酸，待溫度稍稍上升后會自動解凍而性能不變，因而解決了長途運輸到寒冷地區的凍結問題。

本發明與昭55-10534日本專利相比，由于金屬硅粉直接與稀堿濃度反應，省去氧化，活化兩步驟，不僅縮短了生產周期，而且還節約了投資，減少了設備，再則由于省去了活化這個步驟故避免了硅在漂洗中的損耗，從而節約了成本，另外，本發明由于堿濃度更低，成品中金屬污染可更少。因此從投資，成本，勞動強度，生產效率等方面來看，本發明更適合于大規模生產。