一種高抗凍型硅溶膠及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高抗凍型硅溶膠及其制造方法，該硅溶膠包括如下質(zhì)量百分含量的組分：二氧化硅16-30％、氧化鈉0.06-0.15％、氧化鋰0.01-0.1％、銨鹽0.03-0.15％和余量的水。本發(fā)明的高抗凍性能硅溶膠耐低溫性能優(yōu)越，在-20℃凍結(jié)24小時后再自然解凍，沒有晶體析出，物化性能不發(fā)生改變；由于具有優(yōu)良的抗凍性能，便于寒冷時節(jié)的存儲、運輸和使用；制備方法簡單，無污染。
【專利說明】一種高抗凍型硅溶膠及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高抗凍性能硅溶膠及其制造方法，屬于新材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]硅溶膠是二氧化硅在水中的膠體溶液，其膠粒粒徑可以為1-100納米，工業(yè)上用得最多的是粒徑在8-20納米的硅溶膠。由于硅溶膠具有較為均勻的粒徑、較大的比表面積和較豐富的表面硅醇基，因而顯示出很高的化學(xué)活性。硅溶膠的膠粒之間可以相互作用發(fā)生脫水縮和成網(wǎng)狀，也可以與許多物體表面作用形成無機硅膜，因而硅溶膠可廣泛用于建筑涂料、精密鑄造、催化劑載體、耐火材料、化學(xué)機械拋光等行業(yè)。制備硅溶膠的主要方法有離子交換法、單質(zhì)硅溶解法和電滲析法等。
[0003]一般硅溶膠的儲存溫度是在4°C以上，不能長時間保存在冰點溫度，受凍后將失效，嚴重制約硅溶膠在高寒條件下的使用、運輸和儲存。目前國內(nèi)硅溶膠主要品種有堿性鈉型硅溶膠和酸性硅溶膠?！稛o機鹽工業(yè)手冊》(化工業(yè)出版社，北京，1996年I月出版)中引用的化工部行業(yè)標準，介紹了 4種堿性鈉型硅溶膠和3種酸性無穩(wěn)定劑型硅溶膠產(chǎn)品質(zhì)量標準，沒有提及抗凍性硅溶膠產(chǎn)品品種。中國專利文獻CN86100503A公開了一種非凍結(jié)型硅溶膠的制造方法，采用單質(zhì)硅粉與添加了氫氧化鈉和氨水作復(fù)合催化劑的水溶液反應(yīng)，制得的硅溶膠凍結(jié)不膠化，也不聚合成聚硅酸，待溫度稍稍上升會自動解凍而性能不變。但其產(chǎn)品抗凍性能十分有限，_8°C以下即有結(jié)晶析出，-10°C以下即會使產(chǎn)品完全失效。我國北方地區(qū)冬季低溫大都在-1o°c以下，-1o°c的抗凍性能顯然不符合這種環(huán)境要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種高抗凍性能硅溶膠及其制造方法，解決了硅溶膠在低溫凍結(jié)后生成聚硅酸和解凍后不能繼續(xù)使用的問題，產(chǎn)品抗低溫性能可達_20°C，便于寒冷地區(qū)低溫儲存、運輸及使用。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種高抗凍性能硅溶膠，包括如下質(zhì)量百分含量的組分:二氧化硅16-30%、氧化鈉0.06-0.15%、氧化鋰0.01-0.1 %、銨鹽(以銨根離子計)0.03-0.15%和余量的水；
[0007]所述的氧化鈉、氧化鋰和銨鹽分別以Na+、Li+、NH4+的形式存在，所述的二氧化硅以膠體顆粒的形式存在，膠體顆粒的平均粒徑為8-20納米；所述硅溶膠的粘度為2-5厘泊，pH值為 8.0-9.5。
[0008]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，所述的高抗凍性能硅溶膠，包括如下質(zhì)量百分含量的組分:二氧化硅16-30%、氧化鈉0.06-0.15%、氧化鋰0.05-0.10%、銨鹽0.06-0.15%和余量的水。
[0009]本發(fā)明上述高抗凍性能硅溶膠的制備方法，是以硅粉水解法制得的硅溶膠產(chǎn)品為原料制得，所述原料中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為17— 31%，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.25-0.45%, pH值為8.5-9.5，膠粒粒徑為8-20納米。步驟如下:[0010](1)將強酸型陽離子交換樹脂裝柱，按下述方法處理:先用去離子水清洗離子交換樹脂3-5次；再用4-5wt%的HCl溶液浸泡2-4小時，然后用去離子水淋洗至出水呈中性；改用4-5wt% NaOH溶液繼續(xù)浸泡2_4小時，并用去離子水洗至出水呈中性；
[0011]重復(fù)上述方法處理2-3次，每次HCl溶液和NaOH溶液的體積用量均為樹脂體積的2-3倍；最后，用4-5wt%的HCl溶液浸泡樹脂2-4小時，放盡HCl溶液后，用去離子水淋洗至出水呈中性；
[0012](2)將濃度為6-8wt%的氯化銨溶液注入步驟⑵處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，浸泡1-2小時后放盡氯化銨溶液，再用去離子水淋洗至出水pH4.5-5.5 ；
[0013](3)將原料注入步驟(2)處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，使原料離子轉(zhuǎn)型反應(yīng)
0.5_5h，得含有銨鹽的硅溶膠；所述的含有銨鹽的硅溶膠PH2-4 ；
[0014](4)將步驟(3)得到的含有銨鹽的硅溶膠攪拌狀態(tài)下加入氫氧化鋰懸浮溶液，所述的氫氧化鋰的加入量為含有銨鹽的硅溶膠質(zhì)量的0.04-0.1%,
[0015]所述氫氧化鋰懸浮溶液的濃度為3_5wt%，調(diào)整pH值在8.5-9.5之間，再攪拌10-20分鐘，即得高抗凍性能硅溶膠。
[0016]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(1)中所述的強酸型陽離子交換樹脂為強酸型苯乙烯系001X7型陽離子交換樹脂，所述的HCl溶液和NaOH溶液的體積用量均為樹脂體積的2倍。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(2)中放盡氯化銨溶液后用去離子水淋洗至出水pH5.00
[0018]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(3)中原料的體積加入量控制在離子交換樹脂體積的2-3倍，離子轉(zhuǎn)型反應(yīng)l-3h。
[0019]根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的，步驟(4)中氫氧化鋰懸浮溶液的濃度為3-4wt%，所述的氫氧化鋰的加入量為含有銨鹽的硅溶膠質(zhì)量的0.06-0.08%。
[0020]本發(fā)明的高抗凍性能硅溶膠用作煉鋼爐冬季維修的粘結(jié)劑或涂料。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
[0022]1、本發(fā)明的高抗凍性能硅溶膠耐低溫性能優(yōu)越，在_20°C凍結(jié)24小時后再自然解凍，沒有晶體析出，物化性能不發(fā)生改變。
[0023]2、本發(fā)明由于具有優(yōu)良的抗凍性能，便于寒冷時節(jié)的存儲、運輸和使用。
[0024]3、本發(fā)明高抗凍性能硅溶膠的制備方法簡單，無污染。
[0025]4.本發(fā)明高抗凍性能硅溶膠由于采用優(yōu)質(zhì)單質(zhì)硅粉為原料生產(chǎn)，又經(jīng)陽離子樹脂轉(zhuǎn)型反應(yīng)，除銨離子、鋰離子以外的其他陽離子含量均低于普通硅溶膠。
[0026]5.本發(fā)明高抗凍性能硅溶膠的耐儲存性能優(yōu)良，達一年以上。
[0027]6.本發(fā)明所采用原料硅溶膠的粒徑對本發(fā)明采用的技術(shù)方案無影響，利用本發(fā)明的技術(shù)方案可制備出不同粒徑的高抗凍性能的硅溶膠。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實施例3制得的高抗凍性能硅溶膠冷凍前的SM照片。
[0029]圖2為本發(fā)明實施例3制得的高抗凍性能硅溶膠解凍后的SM照片?！揪唧w實施方式】
[0030]下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。
[0031]實施例中所用原料均為常規(guī)市購產(chǎn)品，所用設(shè)備為常規(guī)市購設(shè)備。
[0032]實施例1
[0033]一種高抗凍性能硅溶膠的制備方法，是以硅粉水解法制得的硅溶膠產(chǎn)品為原料制得，所述原料中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為17%，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.26%，pH值為9.0，膠粒粒徑為8納米；步驟如下:
[0034](I)選用強酸型苯乙烯系001X7型陽離子交換樹脂裝柱，按下述方法處理:先用去離子水清洗離子交換樹脂3次(洗出液清澈無渾濁)；再用4wt%的HCl溶液浸泡4小時，然后用去離子水淋洗至出水呈中性；改用4wt% NaOH溶液繼續(xù)浸泡4小時，并用去離子水洗至出水呈中性；
[0035]重復(fù)上述方法處理3次，每次HCl溶液和NaOH溶液的體積用量均為樹脂體積的2倍；最后，用4wt%的HCl溶液浸泡樹脂4小時，放盡HCl溶液后，用去離子水淋洗至出水呈中性；
[0036](2)將濃度為6 wt%的氯化銨溶液注入步驟⑵處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，浸泡2小時后放盡氯化銨溶液，再用去離子水淋洗至出水pH5.0 ；
[0037](3)將1000克原料注入步驟(2)處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，使原料離子轉(zhuǎn)型反應(yīng)0.5h，得990克含有銨鹽的硅溶膠；所述的含有銨鹽的硅溶膠pH2 ；
[0038](4)將步驟(3)得到的含有銨鹽的硅溶膠攪拌狀態(tài)下加入17毫升濃度為3wt%的氫氧化鋰懸浮溶液，調(diào)整PH值在8.3，再攪拌10分鐘，即得1007克高抗凍性能硅溶膠。
[0039]理化指標為:二氧化硅含量為16.2wt%，氧化鈉含量為0.05wt%，銨鹽含量為
0.07wt%，氧化鋰含量為0.05wt%，粘度為2.0厘泊，pH值為8.3，膠粒粒徑為8納米。
[0040]抗凍實驗:在-20°C條件下冷凍24小時，樣品呈凍結(jié)狀，自然解凍后恢復(fù)原狀，無析出物，外觀、物化性能不變:二氧化硅含量為16.2wt%，氧化鈉含量為0.05wt%，銨鹽含量為0.07wt %，氧化鋰含量為0.05wt %，粘度為2.0厘泊，pH值為8.3，膠粒粒徑為8納米。
[0041]實施例2
[0042]一種高抗凍性能硅溶膠的制備方法，是以硅粉水解法制得的硅溶膠產(chǎn)品為原料制得，所述原料中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為26%，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.3%，pH值為9.0，膠粒粒徑為10納米；步驟如下:
[0043](I)選用強酸型苯乙烯系001X7型陽離子交換樹脂裝柱，按下述方法處理:先用去離子水清洗離子交換樹脂3次(洗出液清澈無渾濁)；再用5wt%的HCl溶液浸泡2小時，然后用去離子水淋洗至出水呈中性；改用5wt% NaOH溶液繼續(xù)浸泡2小時，并用去離子水洗至出水呈中性；
[0044]重復(fù)上述方法處理2次，每次HCl溶液和NaOH溶液的體積用量均為樹脂體積的2倍；最后，用5wt%的HCl溶液浸泡樹脂2小時，放盡HCl溶液后，用去離子水淋洗至出水呈中性；
[0045](2)將濃度為Swt%的氯化銨溶液注入步驟(2)處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，浸泡I小時后放盡氯化銨溶液，再用去離子水淋洗至出水PH5.5 ；
[0046](3)將1000克原料注入步驟(2)處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，使原料離子轉(zhuǎn)型反應(yīng)lh，得990克含有銨鹽的硅溶膠；所述的含有銨鹽的硅溶膠pH4 ；
[0047](4)將步驟(3)得到的含有銨鹽的硅溶膠攪拌狀態(tài)下加入20毫升濃度為3wt%的氫氧化鋰懸浮溶液，調(diào)整PH值在9.0，再攪拌20分鐘，即得1010克高抗凍性能硅溶膠。
[0048]理化指標為:二氧化娃質(zhì)量分數(shù)為25.4%,氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.09%,銨鹽質(zhì)量分數(shù)為0.09 %，氧化鋰質(zhì)量分數(shù)為0.06 %，pH值為9.0，粘度為3.1厘泊，膠粒粒徑為10納米。
[0049]抗凍實驗:在_20°C冰箱存放24小時，樣品呈凍結(jié)狀，解凍后恢復(fù)原狀，無析出物，外觀、物化性能不受影響:二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為25.4%，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.09%，銨鹽質(zhì)量分數(shù)為0.09%，氧化鋰質(zhì)量分數(shù)為0.06%，pH值為9.0，粘度為3.1厘泊，膠粒粒徑為10納米。
[0050]實施例3
[0051 ] 一種高抗凍性能硅溶膠的制備方法，是以硅粉水解法制得的硅溶膠產(chǎn)品為原料制得，所述原料中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為31%，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.45%, pH值為9.3，膠粒粒徑為14納米；步驟如下:
[0052](I)同實施例1 ;
[0053](2)將濃度為Swt %的氯化銨溶液注入步驟⑵處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，浸泡I小時后放盡氯化銨溶液,再用去離子水淋洗至出水PH4.5 ；
[0054](3)將1000克原料注入步驟(2)處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，使原料離子轉(zhuǎn)型反應(yīng)2h，得990克含有銨鹽的硅溶膠；所述的含有銨鹽的硅溶膠pH3 ；
[0055](4)將步驟(3)得到的含有銨鹽的硅溶膠攪拌狀態(tài)下加入17毫升濃度為5wt%的氫氧化鋰懸浮溶液，調(diào)整PH值在9.5，再攪拌15分鐘，即得1007克高抗凍性能硅溶膠。
[0056]理化指標為:二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為30.2%，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.06%，銨鹽質(zhì)量分數(shù)為0.15%，氧化鋰質(zhì)量分數(shù)為0.09 %，pH值為9.5，粘度為4.2厘泊，膠粒粒徑為14納米。
[0057]抗凍實驗:在_20°C冰箱存放24小時，樣品呈凍結(jié)狀，解凍后恢復(fù)原狀，無析出物，外觀及物化性能不受影響:二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為30.2 %，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.06%，銨鹽質(zhì)量分數(shù)為0.15%，氧化鋰質(zhì)量分數(shù)為0.09%，pH值為9.5，粘度為4.2厘泊，膠粒粒徑為14納米。
[0058]對本實施例制得的高抗凍性能硅溶膠冷凍前掃描SM照片，如圖1所示；對本實施例制得的高抗凍性能硅溶膠解凍后掃描SM照片，如圖2所示。由圖1、2可知，本實施例制得的高抗凍性能硅溶膠經(jīng)_20°C冷凍24小時，解凍后理化性質(zhì)未發(fā)生明顯變化。
【權(quán)利要求】
1.一種高抗凍性能硅溶膠，其特征在于該硅溶膠包括如下質(zhì)量百分含量的組分:二氧化硅16-30%、氧化鈉0.06-0.15%、氧化鋰0.01-0.1 %、銨鹽0.03-0.15%和余量的水； 所述的氧化鈉、氧化鋰和銨鹽分別以Na+、Li+、NH4+的形式存在，所述的二氧化硅以膠體顆粒的形式存在，膠體顆粒的平均粒徑為8-20納米；所述硅溶膠的粘度為2-5厘泊，pH值為 8.0-9.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高抗凍性能硅溶膠，其特征在于該硅溶膠包括如下質(zhì)量百分含量的組分:二氧化硅16-30%、氧化鈉0.06-0.15%、氧化鋰0.05-0.10%、銨鹽0.06-0.15%和余量的水。
3.一種權(quán)利要求1或2所述的高抗凍性能硅溶膠的制備方法，是以硅粉水解法制得的硅溶膠產(chǎn)品為原料制得，所述原料中二氧化硅質(zhì)量分數(shù)為17 — 31%，氧化鈉質(zhì)量分數(shù)為0.25-0.45%，pH值為8.5-9.5，膠粒粒徑為8-20納米； 步驟如下: (1)將強酸型陽離子交換樹脂裝柱，按下述方法處理:先用去離子水清洗離子交換樹脂3-5次；再用4-5wt%的HCl溶液浸泡2-4小時，然后用去離子水淋洗至出水呈中性；改用4-5wt% NaOH溶液繼續(xù)浸泡2_4小時，并用去離子水洗至出水呈中性； 重復(fù)上述方法處理2-3次，每次HCl溶液和NaOH溶液的體積用量均為樹脂體積的2_3倍；最后，用4-5wt%的HCl溶液浸泡樹脂2-4小時，放盡HCl溶液后，用去離子水淋洗至出水呈中性； (2)將濃度為6-8wt%的氯化銨溶液注入步驟(2)處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，浸泡1-2小時后放盡氯化銨溶液，再用去離子水淋洗至出水pH4.5-5.5 ； (3)將原料注入步驟(2)處理好的離子交換樹脂柱內(nèi)，使原料離子轉(zhuǎn)型反應(yīng)0.5-5h，得含有銨鹽的硅溶膠；所述的含有銨鹽的硅溶膠PH2-4 ； (4)將步驟(3)得到的含有銨鹽的硅溶膠攪拌狀態(tài)下加入氫氧化鋰懸浮溶液，所述的氫氧化鋰的加入量為含有銨鹽的硅溶膠質(zhì)量的0.04-0.1%，所述氫氧化鋰懸浮溶液的濃度為3-5wt%，調(diào)整pH值在8.5-9.5之間，再攪拌10-20分鐘，即得高抗凍性能硅溶膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高抗凍性能硅溶膠的制備方法，其特征在于步驟(1)中所述的強酸型陽離子交換樹脂為強酸型苯乙烯系001 X 7型陽離子交換樹脂，所述的HCl溶液和NaOH溶液的體積用量均為樹脂體積的2倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高抗凍性能硅溶膠的制備方法，其特征在于步驟(2)中放盡氯化銨溶液后用去離子水淋洗至出水PH5.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高抗凍性能硅溶膠的制備方法，其特征在于步驟(3)中原料的體積加入量控制在離子交換樹脂體積的2-3倍，離子轉(zhuǎn)型反應(yīng)l_3h。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高抗凍性能硅溶膠的制備方法，其特征在于步驟(4)中氫氧化鋰懸浮溶液的濃度為3-4wt%，所述的氫氧化鋰的加入量為含有銨鹽的硅溶膠質(zhì)量的0.06-0.08%。
8.權(quán)利要求1或2所述的高抗凍性能硅溶膠用作煉鋼爐冬季維修的粘結(jié)劑或涂料。
【文檔編號】C01B33/141GK103922349SQ201410164408
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月19日
【發(fā)明者】謝可彬, 郭端富, 辛海忠, 劉峰 申請人:濟南銀豐化工有限公司