專利名稱:非凍結型硅溶膠的制造方法
本發(fā)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(yè)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(jīng)濟，投資大等缺點。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點。提出一種非凍結型的穩(wěn)定性好的硅溶膠的制造方法。其特征是金屬硅經(jīng)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(fā)明的反應機理是Si+2OH+H2O→SiO3+2H2SiO3+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(fā)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(fā)明的原料是水，硅粉，堿。成品是硅溶膠，無任何付產(chǎn)物，也無三廢。
本發(fā)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(yè)實用性，顆粒太細，反應太激烈，不易控制。
本發(fā)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(shù))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(wěn)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(wěn)定性的作用，由于氨水容易揮發(fā)，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(fā)明的反應溫度是65～100℃，硅粉不經(jīng)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(yè)價值，高于100℃的話，反應太激烈，(實際上93℃時，反應已經(jīng)很難控制了)。而且溫度過高往往會帶來膠化現(xiàn)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(fā)明的優(yōu)點是投資和成本遠比離子交換法生產(chǎn)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(fā)明生產(chǎn)硅溶膠的產(chǎn)量可以是離子交換法的幾十倍到幾百倍。另外本發(fā)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?shù)胶涞貐^(qū)的凍結問題。
本發(fā)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(chǎn)周期，而且還節(jié)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(jié)約了成本，另外，本發(fā)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(chǎn)效率等方面來看，本發(fā)明更適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
實例將1000份蒸餾水，加5份氫氧化鈉，置于裝有溫度計，回流冷凝器的反應器中，升溫至65℃，加3份氨水(濃氨水)，開動攪拌器(稀堿溶液濃度小于0.8%重量百分比)。稱取150份市售的180～240目硅粉，分期分批地緩緩地加入到上述稀堿溶液中。硅粉加入后，產(chǎn)生放熱反應，并放出氫氣，硅粉加得越快，反應越快，控制硅粉加入速度，以反應溫度不超過83℃為好，以免反應過分劇烈而溢出來，一批硅粉加完后，稍平穩(wěn)后再加第二批，硅粉加到 3/4 時往往是反應高潮，有必要時外面用水冷卻，以免外溢，待硅粉全部加完后，繼續(xù)75℃攪拌2～3小時，反應初期，反應液的PH值往往是12～14，隨著反應的激烈進行，PH慢慢地下降，PH值降到9～10時可取樣分析，若含量尚未達到指標可繼續(xù)反應，若已達到指標，可停止反應，邊攪拌，邊冷卻，50℃過濾之。(自然過濾，離心分離均可)。未反應的過濾出來的硅粉可回收。
本實例，在硅粉加完后，經(jīng)4小時左右，可達下列指標SiO2含量 29%(重量百分數(shù))Na2O含量 0.27%(重量百分數(shù))PH 9.7粘度(25℃) 5.4CPS粒徑 15～20mμ成品得率約910份。穩(wěn)定期可達三年以上。
權利要求
1.一種制造硅溶膠的方法，其特征在于金屬硅粉不經(jīng)氧化，不經(jīng)活化直接與稀堿水溶液在65～100℃溫度下反應，最佳溫度范圍是72～83℃。
2.按權利要求
1所述的制造方法，其特征在于所述的稀堿水溶液可以是氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋰，氫氧化銨，有機胺，稀堿水溶液可以是一種，也可以是幾種復合，總濃度1%(重量百分數(shù))以下。
專利摘要
一種屬于非金屬元素及其化合物領域的制造非凍結型硅溶膠的方法。本發(fā)明提出的制造方法特征是金屬硅粉不經(jīng)氧化，活化，直接與稀堿溶液在65～100℃溫度下反應，最佳溫度72～83℃，所用的稀堿溶液總濃度在1％以下(重量百分數(shù))，可以是氫氧化鈉，氫氧化鉀，氫氧化鋰，氫氧化銨，有機胺，可以單種使用，也可以幾種復合使用。
文檔編號C01B33/00GK86100503SQ86100503
公開日1987年8月12日 申請日期1986年1月23日
發(fā)明者張揚正, 王靜惠 申請人:張揚正導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan