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背景知识

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有关硅的一些基本知识

硅,是地壳中除氧以外最多的元素,占地壳含量的16.7%,是组成岩石的基本元素之一。通常以石英石和硅酸盐的形式存在,比如砂子,是一种单一的硅氧化物;猫石,这种曾经被珍贵数个世纪的矿物质,其实是一种无定形二氧化硅。

硅元素不光是岩石的主要成分,还在我们这个星球的生命活动中扮演着重要角色。硅藻,一种浮游植物,是海洋植物链的基础,其骨架中包含着大量二氧化硅;很多植物茎秆与果壳针芒含有大量二氧化硅以支撑与保护果子,如水稻茎秆与谷壳表面的针芒。在动物体内,硅元素含量虽然很少,比如组成我们毛发、牙齿、骨头的器官,其含量只有半克左右,但是,如果没有它的存在,这些器官将无法形成!

硅元素不仅在生物中扮演着重要角色,在人类文明历史上也同样起到了非常重要的作用。燧石,古代取火的一种工具,其主要成分为二氧化硅;组成陶瓷主要成分之一,其成分也是二氧化硅;两千多年前,古罗马已经发明了混凝土地坪,一种由火山灰制作而成、非常坚固耐用的粘结剂,其主要成分中同样含有二氧化硅!

现代科学技术如果离开了二氧化硅将是无法想象!炼油用的催化剂载体、精密铸造用的膜壳粘结剂、玻璃的主要成分、电子与通信赖以发展的基本器件---半导体芯片,其主要成分也来源于二氧化硅。可以说,没有二氧化硅,就没有现代科技的今天!

什么是二氧化硅?

 二氧化硅其分子式为SiO2,在自然界中以晶体形式存在(比如石英砂),是地壳岩石中丰度最高的物质;另一种是无定形二氧化硅,它是通过工业方法制造出来的,如硅胶、沉淀白炭黑、气相二氧化硅、硅溶胶等。

什么是溶胶?

 溶胶是一类颗粒均匀而稳定地分散于溶液中的物质。由于其颗粒尺度足够小,以至于万有引力无法将它们聚集在一起;但与其他分子相比,颗粒尺度还足够大,以至于通过一种膜将其截留,而其他离子与小分子可以自由通过;胶体颗粒尺度通常在1-100nm之间。

硅溶胶与其他气相、熔融、沉淀二氧化硅有什么不同?

硅溶胶与其他几种二氧化硅有很多不同点,主要差异在于:1)硅溶胶中的二氧化硅存在于水溶液之中,而其他几种以固体粉状方式存在;2)硅溶胶中的二氧化硅颗粒比表面随着颗聚合度的差异具很宽的分布,颗粒最小尺度至原生粒子。

硅溶胶与其他硅酸盐(水玻璃)有什么不同?

硅溶胶中存在着大量稠密的无定二氧化纳米颗粒,组成颗粒的二氧化硅以[SiO4]四面体的方式随机结合,它不同于晶体二氧化硅分子的有序排布。水玻璃溶液中的pH值在12-13,二氧化硅以多聚硅酸方式存在,聚合度为几到几十个硅酸分子,分子间脱水不完全,聚合后的分子团结构疏松,分子间键作用力弱,表面界面不清晰;而对比于硅溶胶,pH值在9-11,聚合度为几十到几十万,硅酸分子间脱水比较彻底,聚合分子间键作用力比较强,颗粒表面界面清晰。组成水玻璃的SiO2/Na2O(摩尔数之比)在3.4以下,而组成硅溶胶的SiO2/Na2O在50以上。另外,水玻璃的粘度如同糖浆而硅溶胶的粘度接近水。

硅溶胶的一些基本知识

硅溶胶是一种低粘度的二氧化硅纳米颗粒分散体,商品硅溶胶胶具有很多规格。纳米颗粒的尺度(粒径)在2-150nm,颗粒形状为球形或轻微不规则的球形,颗粒尺度分布因制造工艺的不同有宽有窄。

硅溶胶中二氧化硅的最高浓度依据粒径不同而有很大差异。小粒径硅溶胶具有巨大的比表面,溶液最高浓度相对较低;大粒径硅溶胶的比表面小,溶液最高浓度相对较高。

硅溶胶外观因粒径的不同具很大的差异,<10nm的硅溶胶几乎为透明,10-20nm的逐渐趋向于半透明,>50nm通常为白色至乳白色。

不同粒径的硅溶胶外观

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什么是碱性硅溶胶?

在pH8.0-10.5的碱性条件,因纳米颗粒表面羟基电离而带有一定数量的负电荷,溶液中的阳离子吸附在颗粒表面(通常为钠、钾、锂、氨等离子,当过多钠、钙、氯、钾离子存在时,胶体会失去稳定),这是一类阳离子稳定型硅溶胶。

什么是铝改性硅溶胶?

在较低的pH值条件下,颗粒表面吸附铝氧化物,导致纳米颗粒表面电性发生逆转,而溶液中的阴离子被吸附在颗粒表面(通常是氯离子),这是一类阴离子稳定型硅溶胶通常。

什么是无稳定剂(酸性)硅溶胶?

当硅溶胶移去稳定离子,在一定的pH条件下,硅溶胶也可稳定存在,此类硅溶胶为无稳定剂硅溶胶。

什么是有机改性硅溶胶?

通过硅烷氧键,在颗粒表面带上具有各种理化特性的官能团,不仅能避免颗粒之间的相互聚合而导致的凝胶与沉淀,还让颗粒具有各种反应特性,这是一类有机改性硅溶胶。

用什么方法测量硅溶胶的粒径?

1)碱滴定法

硅溶胶表面羟基多少与表面积有一定的对应关系,选择一定的pH区间,通过滴定表面羟基吸附OH-离子的量,用经验公式计算出硅溶胶的比表面,然后折算出平均粒径,该方法通常用于小粒径硅溶胶生产过程质量控制的检测。

2)光动态散射法

由于颗粒大小与运动速度有对应关系,通过激光粒度分布仪,测定硅溶胶中颗粒运动速度,计算与统计颗粒大小与分布,形象地绘制粒径分布图线,该方法通常用于大颗粒硅溶胶生产过程中的质量控制。

3)电镜观察法

    采用电子显微直接观察颗粒大小与分布,该方法通常用于生产工艺开发与研究。

硅溶胶对环境有不利影响吗?

硅溶胶的主要成分是无定形二氧化硅与水,不会给环境造成危害,属于一般化学品。

接触硅溶胶对身体会有伤害吗?

虽然硅溶胶的主要成分对身体不会有实质性的伤害,但还是有轻微腐蚀作用,在使用过程中,需戴上橡胶手套以避免身体与硅溶胶的直接接触还是必须的,一旦不慎接触皮肤与眼睛,请用大量清水冲洗。

硅溶胶在储运过程中需注意什么?

硅溶胶的货架时间因品种不同而有所差异,尽量避免光线照射,长时间的光照会导致溶液内微生物的生长,缩短货架时间。

硅溶胶是属于低温敏感性物质,一旦处于冰点以下,将发生不可逆转的变性,失去使用功能;长期处于较高储存温度,也将缩短货架时间,最佳的储存温度为20℃,通常,在5-35℃的环境温度下储存也是允许的。

储运过程中需注意的更多事项,请与我们销售工程师联系。

硅溶胶在使用过程中需注意什么?

储存硅溶胶的容器一旦打开,请抓紧使用,如短时间内无法使用完毕,请盖紧密封;长时间的敞口,因水分蒸发导致二氧化硅结晶的产生;长时间的空气接触会造成微生物的生长。

硅溶胶与其他化学物品混合时需注意什么?

硅溶胶有巨大的比表面,不恰当的使用有可能破坏胶体的双电层结构,从而导致凝胶的产生。尽管我们提供的硅溶胶具有非常好的稳定性能,但是不慎加入盐、碱、酸、有机物等化合物,会破坏硅溶胶的稳定性,高硬度的水以及聚乙二醇等物质也会缩短硅溶胶的存放时间,因此,在稀释时要避免该类物质污染。

在没有混配经验之前,建议应用工程师先在实验室做混配试验,以避免使用过程中意外情况的出现。

如果因意外原因导致硅溶胶已经变性,请不要将已经变性的硅溶胶与正常的硅溶胶混合,否则有可能导致更多硅溶胶的变性。

周转硅溶胶的系统平时要注意些什么?

由于硅溶胶长时间接触空气,会导致结晶物的产生与微生物的生长。这些物质会沉积或附着在容器底部或表面,有可能会堵塞管道、阀门或影响硅溶胶的洁净度。因此,需经常检查周转系统,及时清洗容器与管路,同时安装合适的保安过滤器以确保使用前的洁净度。

如需更多使用支持,请联系我们的销售工程师。


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