專利名稱：制備小粒徑硅溶膠的方法
技術領域：
本發明涉及硅溶膠技術領域，特別涉及一種制備小粒徑硅溶膠的方法。
背景技術：
硅溶膠是粒徑在1-100納米范圍的納米二氧化硅顆粒在水或其他有機溶劑中的分散液，廣泛應用于精密鑄造、耐火材料、涂料、紡織、精密拋光等領域。硅溶膠根據其粒徑范圍的不同而應用于不同的領域，其中小粒徑硅溶膠(粒徑小于10納米)因為二氧化硅納米粒子非常小，因而干燥后其粒子之間的結合力非常強，成膜性非常好，在無機涂料、造紙、電鍍、金屬表面處理等領域有廣泛的用途。
目前國內的硅溶膠生產企業很多，但是產品品質與國外相比還有一定差距，主要表現在對硅溶膠的粒徑無法進行精確控制，大多數企業生產的硅溶膠粒徑在10-30納米范圍，大量用于耐火材料、精密鑄造等低端領域。而目前國內很少有企業能夠生產小粒徑硅溶膠。目前小粒徑硅溶膠技術主要掌握在國外幾家大公司，如AKZ0-N0BEL公司，國內還沒有關于小粒徑硅溶膠的專利和論文等相關技術報道。國內的硅溶膠生產技術主要有離子交換法和硅粉水解法。離子交換法生產硅溶膠主要是采用硅酸鈉為原料，先將硅酸鈉配制成5-10%的水溶液，然后通過陽離子交換樹脂進行離子交換，除去鈉離子而得到稀的硅酸水溶液，然后將3-6%的稀硅酸溶液滴加到反應釜中，通過控制體系的pH值，使硅酸逐漸在堿性條件下聚合成二氧化硅粒子，然后經過濃縮，得到硅溶膠成品。這種生產技術由于成本低而被很多企業采用，但是有兩個缺點(一)離子交換樹脂的再生要產生大量的廢水，后期的濃縮過程也要產生大量的廢水，會造成比較嚴重的環境污染。(二)生產周期比較長，整個生產周期需要幾十個小時，生產效率低。(三)難以獲得小粒徑硅溶膠，因為在這種生產過程中隨著反應時間的延長，硅溶膠的粒徑在逐漸增大，等到達到20%以上的濃度時，硅溶膠的粒徑已經增長到10-30納米。硅粉水解法的生產工藝要簡單一些，在反應釜中加入水，加入堿性催化劑，升溫至合適溫度后，加入硅粉，使硅粉在堿催化下進行水解，生成硅酸并聚合成二氧化硅粒子，最后過濾就得到合適濃度的硅溶膠，整個生產周期不到10小時，而且沒有廢水產生，過濾產生的少量廢渣可以作為耐火材料的原料，因而沒有環境污染問題。但是，現有技術沒有實現對粒徑的控制，生產過程中二氧化硅粒子無序生長，一般粒徑都達到了 10-30納米范圍，粒徑分布寬。

發明內容
為了解決以上現有技術中硅溶膠的粒徑大、只能用于低端領域的問題，本發明提供了一種制備小粒徑硅溶膠的方法。本專利所要解決的技術問題是硅溶膠粒徑的控制，通過加入適當的和適量的醇類物質作為阻聚劑，阻止硅溶膠粒子在形成后的進一步長大，保持小粒子狀態，從而制備出小粒徑硅溶膠。本發明是通過以下措施實現的一種制備小粒徑硅溶膠的方法，在催化劑和阻聚劑作用下，單質硅進行水解反應得到硅溶膠；
所述阻聚劑為醇。所述的方法，所述催化劑為四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、乙醇胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰中的一種以上。所述醇為乙醇、甲醇或異丙醇。催化劑加量為單質硅重量的6. 5_12%。阻聚劑加量為單質硅重量的10-40%。
水解反應的溫度為90_95°C。水解反應時單質硅的質量濃度為10-20%。單質硅先用水制得懸浮液，再加入含有催化劑和阻聚劑的85_95°C的水中進行水解反應。反應終點時，單質硅漂浮物完全消失。將反應得到的硅溶膠過濾后，采用減壓蒸餾技術將阻聚劑蒸餾出來，再回收利用，這樣一方面可以降低產品的成本，另一方面可以降低產品中VOC的含量。本發明的有益效果
1.通過添加醇類阻聚劑來阻止硅溶膠粒徑的增長，達到制備小粒徑硅溶膠的目的，使硅溶膠的粒徑穩定地小于10納米，含量大于10%，穩定期達到I年以上；
2.無廢水產生，非常環保；
3.采用單質硅為原料，生產工藝簡單，生產周期短，效率高。
具體實施例方式為了更好的理解本發明，下面結合具體實施例來進一步說明。實施例I
在3m3的反應釜中加入1600kg去離子水，加入2kg四甲基氫氧化銨、8kg氫氧化鈉，在攪拌下充分溶解；加入40kg無水乙醇,攪拌均勻；將IOOkg娃粉中加入水中攪拌成懸浮液，水量是可以任意選擇的，只要能夠與硅粉制得懸浮液即可，并且能夠滿足最終硅溶膠的固含量，在本實施例中，水量為180kg，當反應釜溫度達到90-95度后，立即加入全部懸浮液，保持反應溫度85-95度反應，反應開始后，一些硅粉吸附氫氣上浮，會產生大量的漂浮物，反應一直持續到硅粉漂浮物完全消失，使硅粉反應完全。然后用板框過濾機進行過濾，將沒有反應的固體物濾除，收集濾液；將濾液于蒸餾釜中減壓蒸餾，除去乙醇成分，再經濃縮器進行適當濃縮，得到小粒徑硅溶膠產品。反應液的后處理，也可以采用其他的方式，這是本領域普通技術人員可以不花費創造性勞動自行選擇的。實施例2
在3m3的反應釜中加入1300kg去離子水，加入IOkg四甲基氫氧化銨、2kg氫氧化鈉，在攪拌下充分溶解。加入20kg乙醇，攪拌均勻；將IOOkg硅粉中加入水中攪拌成懸浮液，本實施例中水量選擇IlOkg ;當反應釜溫度達到90-95度后，立即加入全部懸浮液，保持反應溫度85-95度反應，反應開始后，一些硅粉吸附氫氣上浮，會產生大量的漂浮物，反應一直持續到硅粉漂浮物完全消失，使硅粉反應完全。然后過濾反應液，將沒有反應的固體物濾除，收集濾液；將濾液蒸餾，除去乙醇成分，得到小粒徑硅溶膠產品。實施例3
在3m3的反應爸中加入IOOOkg去離子水,加入0. 8kg乙醇胺、5. 5kg氫氧化鈉,在攪拌下充分溶解；加入25kg甲醇,攪拌均勻；將IOOkg娃粉中加入水中攪拌成懸浮液,考慮到娃溶膠的固含，本實施例中水量為150kg ;當反應釜溫度達到90-95度后，立即加入全部懸浮液，保持反應溫度85-95度反應，反應開始后，一些硅粉吸附氫氣上浮，會產生大量的漂浮 物，反應一直持續到硅粉漂浮物完全消失，使硅粉反應完全。然后用板框過濾機進行過濾，將沒有反應的固體物濾除，收集濾液。將濾液于蒸餾釜中減壓蒸餾，除去乙醇成分，得到小粒徑硅溶膠產品。實施例4
在2m3的反應爸中加入800kg去離子水,加入Ilkg四乙基氫氧化銨,在攪拌下充分溶解；加入40kg異丙醇，攪拌均勻；將IOOkg硅粉中加入水中攪拌成懸浮液，考慮到硅溶膠的固含，本實施例中水量為150kg ;當反應釜溫度達到90-95度后，立即加入全部懸浮液，保持反應溫度85-95度，反應開始后，一些硅粉吸附氫氣上浮，會產生大量的漂浮物，反應一直持續到硅粉漂浮物完全消失，使硅粉反應完全。然后用板框過濾機進行過濾，將沒有反應的固體物濾除，收集濾液。將濾液于蒸餾釜中減壓蒸餾，除去乙醇成分，得到小粒徑硅溶膠產品。實施例5
在2m3的反應爸中加入667kg去離子水,6. 5kg氫氧化鈉,在攪拌下充分溶解；加入IOkg乙醇，攪拌均勻；將IOOkg硅粉中加入水中攪拌成懸浮液，考慮到硅溶膠的固含，本實施例中水量為160kg ;當反應釜溫度達到90-95度后，立即加入全部懸浮液，保持反應溫度85-95度，反應開始后，一些硅粉吸附氫氣上浮，會產生大量的漂浮物，反應一直持續到硅粉漂浮物完全消失，使硅粉反應完全。然后用板框過濾機進行過濾，將沒有反應的固體物濾除，收集濾液。將濾液于蒸餾釜中減壓蒸餾，除去乙醇成分，得到小粒徑硅溶膠產品。實施例6
在2m3的反應爸中加入667kg去離子水,6. 5kg氫氧化鈉,在攪拌下充分溶解；加入50kg乙醇，攪拌均勻；將IOOkg硅粉中加入水中攪拌成懸浮液，考慮到硅溶膠的固含，本實施例中水量為160kg ;當反應釜溫度達到90-95度后，立即加入全部懸浮液，保持反應溫度85-95度，反應開始后，一些硅粉吸附氫氣上浮，會產生大量的漂浮物，反應一直持續到硅粉漂浮物完全消失，使硅粉反應完全。然后用板框過濾機進行過濾，將沒有反應的固體物濾除，收集濾液。將濾液于蒸餾釜中減壓蒸餾，除去乙醇成分，得到小粒徑硅溶膠產品。上述實施例中得到的硅溶膠產品指標如下表 _
_粒徑(納米) 固含量粘度(mPa.s) 穩定其月(月)
實施#jr 7To% ^ 4^ 12 —
更涵例2 8~2. 4% 彡4^ 12
更涵例 3丨9115. 1% K 51權利要求
1.一種制備小粒徑硅溶膠的方法，其特征是在催化劑和阻聚劑作用下，單質硅進行水解反應得到娃溶膠； 所述阻聚劑為醇。
2.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述催化劑為四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、乙醇胺、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰中的一種以上。
3.根據權利要求I所述的方法，其特征在于所述醇為乙醇、甲醇或異丙醇。
4.根據權利要求I所述的方法，其特征在于催化劑加量為單質硅重量的6.5-12%。
5.根據權利要求I所述的方法，其特征在于阻聚劑加量為單質硅重量的10-40%。
6.根據權利要求I所述的方法，其特征在于水解反應的溫度為85-95°C。
7.根據權利要求I所述的方法，其特征在于水解反應時單質硅的質量濃度為10-20%。
8.根據權利要求I所述的方法，其特征在于單質硅先用水制得懸浮液，再加入含有催化劑和阻聚劑的85-95 °C的水中進行水解反應。
9.根據權利要求I所述的方法，其特征在于反應終點時，單質硅漂浮物完全消失。
10.根據權利要求I所述的方法，其特征在于將反應得到的硅溶膠過濾、蒸餾。
全文摘要
本發明涉及硅溶膠技術領域，特別涉及一種制備小粒徑硅溶膠的方法，在催化劑和阻聚劑作用下，單質硅進行水解反應得到硅溶膠；所述阻聚劑為醇。通過添加醇類阻聚劑來阻止硅溶膠粒徑的增長，達到制備小粒徑硅溶膠的目的，使硅溶膠的粒徑穩定地小于10納米，含量大于10%，穩定期達到1年以上；無廢水產生，非常環保；采用單質硅為原料，生產工藝簡單，生產周期短，效率高。
文檔編號C01B33/14GK102745697SQ20121023530
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月9日 優先權日2012年7月9日
發明者李春光, 李春生, 李朝霞 申請人:山東百特新材料有限公司