硅溶胶的表面改性及应用研究进展

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1、建材世界2012年第33卷第3期doi：10．3963／j．issn．1674—6066．2012．03．001硅溶胶的表面改性及应用研究进展李洁，陈连喜，张中明，焦彩彬(武汉理工大学理学院，武汉430070)摘要：首先简要概述了硅溶胶的结构、性质及应用，同时指出了传统的硅溶胶结构及性能上存在的不足而导致对英应用所造成的限制。重点阐述了国内外改性硅溶胶的方法和改性机理。最后展望了改性硅溶胶的应用前景。关键词：硅溶胶；表面改性；方法与机理；进展ProgressinStudyofSurfaceModi

2、ficationandApplicationofSilicaSolLIJie，CHENLiart-xi，ZHANGZhong-ming，JlA0Cai-bin(SchoolofScience，WuhanUniversity0fTechnology，Wuhan430070，China)Abstract：Abfidoverviewwouldbepresentedonstructure，propertyandapplicationofsilicasolMeanwhile，theshortcomingsa

3、ndlimitedapplicafionsoftheconventionalsilicasolwerealsopointedout．Especiallythemodificatedmethodsandmechanismofsilicasolathomeandabroadwerefocusedon．Finally，theapplicatedfutureofmodifiedsil—icasolwasprospected．Keywords：silica∞llsurfacemodificatiommodi

4、ficationandmachanism，review硅溶胶是指纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分散体系。有许多优良性质如大比表面、高吸附性、高分散度(几纳米到几十纳米)、高耐火绝热性等。由于硅溶胶中的Sioz含有大量的水及羟基，故硅溶胶也可以表述为Si0。·nH。0。硅溶胶众多优良的性能已使其得到广泛的应用，尤其自工业化生产以来，已经在熔模精密铸造、造纸、建筑涂料及电子工业等领域获得广泛的应用[1引。然而随着科学和应用技术的快速发展，单一的硅溶胶已不再满足高科技应用的需求。水溶性硅溶胶在涂料

5、使用中并不能充分发挥其潜力，主要存在两个缺点：较低的抗水性能和稳定性问题。首先硅溶胶有一个完全羟基化的表面，当纳入涂料中时，通常会减少该涂料的抗水性。而解决此问题的方法通常是在该体系中加入增强剂[4]。其次是涂料组分要求苛刻的长期稳定性问题，尤其是当硅溶胶纳入聚合物乳胶中的稳定性问题。近年来有机一无机杂化材料的迅猛发展及其广泛的应用领域已引起国内外化学和物理界强烈的兴趣m]，而硅溶胶中二氧化硅粒子因具有高强度、高刚性、能吸收紫外线、无毒等优良性质，逐渐成为材料科学研究领域的热点。但因具有亲水性、比

6、表面积大及比表面能高等性质，使得二氧化硅粒子与聚合物相容性和分散性都较差‘引。．．／为解决以上问题，有必要对硅溶胶进行表面改性，使硅溶胶中的二氧化硅粒子能在聚合物中均匀分散，提高材料的稳定性。对于硅溶胶中纳米SiOz的改性不同于粉体的无机粒子，其改性是在溶胶中进行，并且在整个改性过程一般需要始终保证粒子的单分散性和稳定性。对此，国内外学者进行了广泛的研究。1硅溶胶的表面改性1．1金属离子改性硅溶胶广泛用于造纸领域，尤其是硅溶胶中具有高比表面积的二氧化硅粒子可作为助留剂，与传统的助收稿日期：2012

7、-04-06．作者简介：李洁(1986一)，硕士生．E-mail：clx@whut．edtLcn1建材世界2012年第33卷第3期留剂相比，二氧化硅粒子可提高留着率，在改善滤水性能的同时而不破坏其成形[8]。因此，为了制备高浓度且稳定的硅溶胶，需对其进行金属盐改性，常见的金属盐改性硅溶胶有：铝改性硅溶胶和硼改性硅溶胶。1．1．1铝改性硅溶胶铝改性硅溶胶(或称为铝硅酸盐溶胶)是一种含铝的聚硅酸盐，聚硅酸对铝离子有特殊的反应能力和吸附作用[。]，因此日益引起人们的关注。近年来人们已对铝改性硅溶胶的制备

8、及应用作了大量的研究，并已取得了不少可喜的成果。早在1976年，Ilercl0]研究了铝离子对硅溶胶性能的影响，通过引入不同量的铝酸盐(如铝酸钠)阴离子，与硅溶胶中二氧化硅表面进行反应，形成铝硅酸盐负离子(反应机理见图1)。然后将未改性的硅溶胶与铝盐改性的硅溶胶分别与生物分子(蛋白质)作用，结果表明，在盐溶液中，蛋白质与未改性的硅溶胶极易发生混凝，而与阴离子铝酸盐改性的硅溶胶，除了在较低pH下，不发生任何反应。IOSi0I3+2H20图l铝酸盐与硅溶胶中二氧化硅表面反应机理1-1．