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制备纳米二氧化硅有哪几种方法
- 2021-09-13-

目前国内外制备纳米二氧化硅的方法主要有物理法和化学法两种。物理法一般采用高能球磨机或超声波气流磨机,将SiO2聚集体分多级粉碎,得到最终产品。产品粒径一般为1-5μm。采用物理方法制备纳米SiO2的优点是生产工艺简单,产品粒径容易控制。但该工艺一般需要大量动力,能耗大,制备效率低,且易混入杂质,影响产品性能。此外,物理法制备的纳米SiO2还存在颗粒球化差、粒径分布范围宽、分布不均等缺点。


与物理方法相比,化学方法可以生产出粒径分布均匀的纯纳米SiO2。目前化学方法主要有气相法、沉淀法、溶胶-凝胶法、离子交换法和微乳液法。但就工业生产而言,主要的制备方法有以四氯化硅为原料的气相法、以硅酸钠和无机酸为原料的沉淀法、以硅酸盐为原料的溶胶-凝胶法、微乳液法等。方法。


一:气相法

气相法是目前发达国家工业化生产纳米SiO2的主要方法,该方法生产的纳米SiO2已广泛应用于各个领域。气相法的生产原理是直接利用气体或通过各种方式使反应物变为气体,使其在气态下发生物理和化学变化,然后在冷却过程中凝聚生长形成纳米颗粒。 .

具体工艺为:以有机卤化硅烷为原料,在氢氧火焰中高温(通常高达1200~1600℃)水解,生成颗粒极细的烟状SiO2。烟雾状的 SiO2 被集成在凝聚器中。大颗粒再经旋风分离器收集到脱酸炉中进行脱酸处理,即可得到成品纳米SiO2。这种方法得到的纳米SiO2粒径一般在7~40nm之间,所得产品纯度高,分散性好,粒径小,但设备要求高,工艺复杂,能耗大,高生产成本。


二:沉淀法

沉淀法纳米SiO2是通过硅酸盐的酸化反应过程得到的。该方法制备工艺简单,能耗低,原料来源广泛,价格低廉。但产品粒度受酸化剂种类、浓度、搅拌速度等因素影响。此外,制备的产品形貌难以控制,孔径分布较宽,容易形成团聚颗粒。质量不如气相法和溶胶-凝胶法的产品。它通常不能表现出纳米材料的特性,经常作为普通产品使用。填料用于增强和增韧聚合物。

沉淀法制备的SiO2不仅吸水率较大,而且其耐热性和电学性能也较气相法弱,挤出时易伴有发泡,使热风困难。发生硫化,补强效果比气相法差。

沉淀法制备纳米SiO2的实际反应机理较为复杂,可通过简单的工艺转化为硅酸聚合和溶胶凝胶形成SiO2颗粒。目前,沉淀法制备纳米二氧化硅的技术包括以下几类:

(1)制备在有机溶剂中具有高分散性的纳米二氧化硅;

(2)酸化剂与硅酸盐水溶液反应,沉淀物经分离干燥制备纳米二氧化硅;

(3)碱金属硅酸盐与无机酸混合形成纳米二氧化硅水溶胶转化为凝胶颗粒,经干燥、热水洗涤、再次干燥、煅烧得到纳米二氧化硅;

(4)水玻璃碳化制备纳米二氧化硅;

(5)喷雾造粒法制备边缘光滑的非球形纳米二氧化硅。

采用沉淀法制备的高性能纳米二氧化硅对硅橡胶进行补强。补强性能相当于气相纳米二氧化硅。颗粒物性均衡,可在低剪切条件下与硅橡胶混合,获得补给。结构牢固,通过确定合适的配方,配合料可以在一定的硬度水平下获得最佳的机械性能。


三:溶胶-凝胶法

溶胶-凝胶法(Sol-Gel)以化学活性的硅化合物(如硅酸盐、硅酸盐)为前驱体,将这些原料在液相中混合均匀,然后加酸诱发硅酸盐。所得原硅酸的水解发生在脱水和缩合反应之间,在溶液中形成透明、均匀、稳定的溶胶体系。溶胶老化后,胶体粒子缓慢聚合,形成凝胶的三维网络结构;当凝胶网络处于中间时,当充满失去流动性的溶剂时,就会形成凝胶。凝胶干燥、烧结、固化后即可制备纳米SiO2

这种方法制备的SiO2最终粒径受水和催化剂(酸或碱)浓度、硅酸盐种类、不同醇类和不同温度的影响。通过调整这些因素,可以获得各种结构的纳米SiO2。 Sol-Gel技术制备的SiO2形貌好、纯度高、比表面积大,在溶液中容易获得良好的分散性和悬浮性。但与沉淀法相比,溶胶-凝胶法所用原料价格昂贵,


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