硅溶胶的制备及其影响因素(2)

高建东等[28]对碱性催化剂作用下的水解缩合进行了研究，发现碱性催化剂下进行的水解缩合，反应剧烈且随着反应的进行，体系越来越向酸性方向进行，使得溶胶体系的稳定性降低，其所得溶胶液无法得到有效存储。

2.3　水用量

在制备二氧化硅溶胶的过程中，水既以溶剂的形式存在，又以反应物的形式存在。用水量对溶胶性能的影响主要通过水与TEOS的摩尔比n来定性判断，水量较少时，一般当摩尔比m≤7时，水主要作为反应物与正硅酸乙酯发生水解，体系的粘度较大，平均凝胶时间较短，溶胶的稳定性较差；增加用水量，摩尔比m＞7时水解更为充分，有相当一部分水以溶剂的形式存在，溶胶体系的粘度下降，溶胶离子之间距离增大，使缩聚反应几率变小；用水量继续增大，对溶胶的稳定性影响变小[27-29]。

2.4　乙醇用量

在以正硅酸乙酯为原料制备硅溶胶的试验中，正硅酸乙酯在水中的溶解度不大，而在乙醇中的溶解度则要大的多，乙醇既可以溶于水，又可溶解正硅酸乙酯的性质使得整个反应可以在均匀的液相中进行。一般研究乙醇用量对硅溶胶性能的影响是通过乙醇与TEOS的摩尔比m来定性判断的，随着摩尔比m的增加，硅溶胶的凝胶时间逐渐延长，稳定性增加。

根据扩散双电层理论，溶胶的介电常数与双电层厚度成正比，随着乙醇用量的增加，胶粒的介电常数增大，双电层厚度增加，溶胶稳定性增加；同时，由于乙醇是正硅酸乙酯的水解产物，可抑制水解反应的正向进行，最后，乙醇的加入使得溶液得到稀释，水解产物之间碰撞几率变小，降低了缩聚反应速率，几种作用综合，最终使溶胶的稳定性增加[30-31]。

2.5　添加剂

在制备二氧化硅溶胶的试验中，常用的添加剂为N,N 一二甲基甲酰胺（DMF），随着DMF的增加，溶胶的稳定性增加，这是因为，溶胶中的氢离子可以和DMF发生氢键作用，氢键的形成使得进入紧密层的氢离子减少，从而导致胶团的电势增加，溶胶发生凝聚的势垒也相应增加，进而导致溶胶的稳定性升高。不仅如此，DMF的加入还可以抑制醇盐的水解，提高凝胶的缩聚速率，提高凝胶固含量。同时，DMF的加入也使得溶液得到稀释，提高溶胶稳定性[29-32]。

2.6　SiO2粒径

二氧化硅粒径是影响硅溶胶稳定性的一个重要因素，二氧化硅胶粒的大小和分布是硅溶胶质量高低的重要指标，影响着产品的浓度、稳定性。硅溶胶粒子直径在一定范围内，粒径越均匀，粒径分布范围越小，硅溶胶的稳定性越好。许念强认为在酸性硅溶胶体系中，溶胶的粒径与稳定性呈“S”型，如下图：

二氧化硅胶粒粒径较小时，溶胶的稳定性比较低，随着粒径的增大，平均凝胶时间延长，稳定性提高，在粒径为10～20nm之间时，硅溶胶的稳定性与胶粒大小近似成正比。这是由于粒径的增大使得硅溶胶表面的羟基集团活性降低，胶粒比表面积降低，吸附分子的能力也相应的减弱，从而使凝胶过程变缓[31]。

2.7　电解质

电解质对溶胶的稳定性也有一定的影响，由硅溶胶的胶团结构可知，在酸性条件下，进入紧密层的为H+，碱性条件下进入紧密层的为金属离子。电解质中含有的离子可以吸附在溶胶胶团分散层，使分散层变薄，当电解质含量超过一定限度后，分散层为厚度零，胶粒凝结化，稳定性降低[31]。

许念强[26]等认为，在电解质盐浓度一定时，硅溶胶的稳定性随二氧化硅粒径的增大增大而减弱，当二氧化硅粒径较小时，电解质盐的浓度对稳定性产生较大影响。当硅溶胶中的含盐量降低到一定值时，电解质对溶胶稳定性的影响可忽略不计。

3　总结

硅溶胶的应用类型很多，对于硅溶胶的性能要求也不尽相同，而制备方法在很大程度上决定了硅溶胶的性能。目前，关于采用溶胶—凝胶法制备硅溶胶还存在一系列的问题有待解决：

（1）硅溶胶稳定性受很多因素影响，在制备硅溶胶过程中难以精确控制反应；

（2）硅溶胶的反应机理研究还不够系统、深入，应深入研究溶胶稳定性的因素，创建溶胶稳定化结构理论，为制备稳定溶胶提供理论依据；

（3）反应原材料正硅酸四乙酯价格偏高，而且在实验过程中需加入乙醇作为溶剂，成本相对较高；

（4）溶胶凝胶法制备的硅溶胶浓度范围在10%~20%，浓度过高硅溶胶产品易变质。

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