硅膠生產(chǎn)的工藝特性及其工業(yè)應(yīng)用

1引言
硅膠是具有二維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的一氧化硅干
凝膠，屬多孔性固體物質(zhì)，孔分布范圍廣，具有很
大的比表而，表而覆蓋有大量的硅烷醇基因匕
Si- OH)，具有一定的活性。使它成為干燥劑、吸
附劑、催化劑及催化劑載體等，被廣泛應(yīng)用」幾工業(yè)
生產(chǎn)中。
2工藝特性
硅膠的生產(chǎn)雖然大都經(jīng)過凝膠、洗滌、干燥這
一共性，但具體到某一類型膠，又有工藝各異，相
互區(qū)別的個(gè)性。
2. 1凝膠造粒過程
凝膠造粒是硅膠生產(chǎn)的關(guān)鍵性步驟之一，是
指一定濃度的稀泡花堿液和稀硫酸在一定條件卜
充分反應(yīng)形成溶凝膠溶液，達(dá)一定濃度后形成凝
膠顆粒。凝膠顆粒的形狀、大小等完全山用戶的需
求及工藝生產(chǎn)能力決定，關(guān)」幾成膠方法，日前多采
用空氣造粒，粒度要求微細(xì)時(shí)，考慮到空氣造粒的
難度，則大多采用反應(yīng)罐凝膠造粒，例微粉硅膠的
生產(chǎn)。凝膠所用的酸堿比例、濃度、溫度及凝膠造
粒時(shí)間等是凝膠造粒過程的特定工藝參數(shù)。
2.1.1酸性成膠(酸堿比例問題)時(shí)，一次凝膠粒
r(相當(dāng)少初級(jí)粒向小，聚集時(shí)易形成細(xì)孔結(jié)構(gòu)
的硅膠;堿性成膠時(shí)，一次凝膠粒r大，聚集時(shí)易
形成粗孔性的硅膠。這就是粗孔膠的生產(chǎn)優(yōu)選堿
性成膠，細(xì)孔膠生產(chǎn)則優(yōu)選酸性成膠的道理。
2.1.2酸堿濃度要適中。酸堿濃度過高，一次凝
膠粒r較大，聚集時(shí)成為較粗孔徑的硅膠，Ifn凝膠
溶液中一次粒I濃度也大，即凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的緊
密度增大，聚集時(shí)又易成為細(xì)孔，一者有相互抵消
的傾向。再者，酸堿濃度過高，凝膠溶液的粘度增
大，給造粒帶來一定的難度，另外，酸堿濃度的大小還要受到凝膠粒度、結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)設(shè)計(jì)能力等的
限制。
2. 1. 3酸堿溫度過高.酸堿反應(yīng)的速度過快.Ifu
酸堿反應(yīng)木身又是放熱反應(yīng).一次粒r聚集時(shí)又
要放熱.因此.使得一次粒r任曾大”.造粒速度減
慢.勢必超出工藝要求范圍.對(duì)造粒不利;酸堿溫
度過低.一次粒r減小.易形成細(xì)孔.但山」幾凝膠
溶液溫度太低、粘度增加.同樣也對(duì)造粒不利。因
此酸堿溫度也要適中。
2. 1. 4凝膠造粒時(shí)間是凝膠造粒過程中又一至
關(guān)重要的工藝參數(shù)。是指從酸堿混合反應(yīng)開始到
粒度凝膠形成為止所經(jīng)歷的時(shí)間.包括凝膠時(shí)間
與造粒時(shí)間。凝膠造粒時(shí)間短.則可能使凝膠溶液
反應(yīng)不充分或均勻度不夠.使得一次粒r的濃度
分布不勻.形成局部凝膠或局部緊密堆積.這就產(chǎn)
生造粒過程中的汽泡膠.碎膠或膠球強(qiáng)度不夠等
現(xiàn)象。同時(shí)這也是造成膠球顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)紊亂.孔
分布范圍大的一個(gè)主要原因。因此.在生產(chǎn)實(shí)踐
中.對(duì)」幾空氣造粒.在工藝允許范圍內(nèi).顆粒大的
膠.時(shí)間要盡量長.顆粒小的膠.時(shí)間則可適當(dāng)短
些。Ifn對(duì)」幾在反應(yīng)釜罐中凝膠造粒的特細(xì)微球硅
膠.時(shí)間則要更長.目_要加攪拌。
2. 2洗膠過程
洗膠是硅膠生產(chǎn)中不可少的工藝過程.是為
了將粒狀凝膠所形成的NazSO}洗掉,7{將各陰
陽離r(主要為H十、N擴(kuò),SO呈一、Si0穿iY}r等)控
制到工藝要求范圍內(nèi)。同時(shí).它也是一個(gè)調(diào)整顆粒
內(nèi)部結(jié)構(gòu)(即老化)的過程。
2. 2. 1交換吸附(即Na十與H十的交換)現(xiàn)象是
洗膠過程的木質(zhì)特性之一。酸泡過程是交換吸附
的主要過程.1}' a'與H十的交換多在這一過程完
成。水洗過程的交換遠(yuǎn)未停止只不過是交換量越
來越小。酸泡濃度、洗水介質(zhì)、水洗溫度是洗膠過
程的主要工藝參數(shù)，影響交換速度、數(shù)量等。
2. 2. 2成品硅膠的孔特性好大一部分是山洗膠
過程的老化決定的，而這一過程的老化程度取決
」幾洗膠介質(zhì)、溫度。洗膠介質(zhì)、溫度則是控制一次
粒子增長幅度”的主要因素，即通過調(diào)整一次粒
子的增幅”達(dá)到調(diào)整孔結(jié)構(gòu)的目的。
細(xì)孔膠的洗滌要求抑制老化，因此，在凝膠造
粒形成后即進(jìn)行必要而短促的老化后就進(jìn)行酸
泡，洗膠介質(zhì)自始至終必須顯酸性，因?yàn)樗嵝越橘|(zhì)
(即H十)能有效的抑制一次粒子的‘長大”，目_含
酸量的大小即決定了抑制老化程度的大小。同時(shí)，
洗膠溫度應(yīng)低些，因?yàn)槔匣莻€(gè)吸收能量的過程，
溫度低、供能少，老化程度自然也小。即細(xì)孔膠的
洗滌是通過抑制一次粒子的‘長大”，達(dá)到調(diào)整孔
結(jié)構(gòu)的目的。特別對(duì)」幾孔結(jié)構(gòu)要求嚴(yán)整(即孔分布
范圍小)目_堆密度又要求在一定范圍的細(xì)孔膠的
生產(chǎn)，例如對(duì)于變壓吸附COz專用細(xì)孔膠的生
產(chǎn)。洗膠時(shí)洗水的含酸量、溫度均要做出嚴(yán)格的要
求。山」幾細(xì)孔膠的洗滌溫度低，交換速度慢，所以
洗滌時(shí)間要長些，但不能太大，時(shí)間太長，特別是
臨近終l從時(shí)，反而加速老化。
粗孔膠的生產(chǎn)則要求促進(jìn)老化。遵循堿性介
質(zhì)、高溫?zé)崴龠M(jìn)老化的原則，采取在酸泡前加入
高溫?zé)崴縚設(shè)法使其顯堿性，提高水洗過程中的
溫度，7{在終l從結(jié)束時(shí)，加入一定濃度的氨水，以
增加0 H-離子的濃度等措施，促使一次粒子‘長
大”，擴(kuò)大孔徑，達(dá)到老化的目的。不難看出，在整
個(gè)水洗過程中，老化程度呈上升的趨勢。山」幾水洗
溫度高，不但顆粒內(nèi)部一次粒子長大，目_顆粒間特
別是膠粉粒子間亦有‘長大”的趨向，這就是水洗
溫度高時(shí)，膠粉聚集處容易結(jié)塊，膠球表而粘粉的
又一主要原因。
對(duì)于較粗孔徑即介于粗細(xì)孔膠間如T3型膠
的生產(chǎn)，適中老化即可，有時(shí)為緩沖干燥過程中的
液體表而張力作用，水洗終了進(jìn)行表而處理。山」幾
溫度過高，時(shí)間過長，處理液的存在會(huì)使膠球變化
，因此處理液的應(yīng)用要受干燥工藝條件的限制。
2. 3干燥過程
干燥是在液體表而張力作用卜，使膠球顆粒
水分蒸發(fā)體積收縮,7{使一次粒子再度聚JI‘長
大”，達(dá)到深度老化的目的。細(xì)孔膠為了抑制老化
程度，經(jīng)常是通過控制進(jìn)干燥時(shí)膠球中的含酸量達(dá)到日的。在生產(chǎn)實(shí)踐中，粗細(xì)孔膠多在一般的高
溫條件卜干燥。干燥溫度越高，一次粒r聚7{的速
度越大，孔徑越大。焙燒擴(kuò)孔就是這個(gè)道理。為制
得孔烴收縮不大，甚至不縮孔的硅膠，常常采用降
低液體表而張力的方法達(dá)到日的。
2. 4成品膠質(zhì)量參數(shù)指標(biāo)與硅膠工藝特性的關(guān)
系
硅膠的工藝特性決定了成品膠的質(zhì)量參數(shù)指
標(biāo)，反過來成品膠的質(zhì)量參數(shù)指標(biāo)又要求一定的
工藝特性控制。現(xiàn)就成品膠堆密度為例剖析一者
的關(guān)系。堆密度是硅膠成品分析中的重要質(zhì)量參
數(shù)之一，能直觀Ifn簡便的反應(yīng)硅膠顆粒內(nèi)部孔結(jié)
構(gòu)的物理參數(shù)。硅膠是一種多孔性的固體顆粒，它
的表觀體積V u}實(shí)際山二部分組成，第一部分是
硅膠顆粒內(nèi)部實(shí)際的孔所，片的體積以V a}表示。
第_部分是堆積時(shí)顆粒之間的孔隙，以V },}表示。
第二部分是硅膠腎架所具有的體積，以Vi。表示。
這樣V u}-= V },}+ V a}+ V t,=，設(shè)n，為硅膠的質(zhì)量，即
得Pug-= m/V },'}+ V}}+ V i',=(有別」幾硅膠密度Porgy=
mlVa}+ Vi',=)。
2. 4. 1同等條件卜，一定孔體積的硅膠，對(duì)應(yīng)一
定的堆密度，A,T3,C二種類型膠的孔徑、孔容依
次增大，V u}則依次減小，這就是堆密度變成為區(qū)
別A,T3,C二種類型膠的依據(jù)，即便是同一類型
膠，堆密度的大小會(huì)粗略的判斷硅膠顆粒內(nèi)部的
孔結(jié)構(gòu)。
2. 4. 2一般情況卜，酸性成膠時(shí)，一次粒r小，聚
集成的凝膠顆粒的孔徑小，同等條件卜，形成成品
硅膠的孔徑亦小，一定體積硅膠的Va:就小，堆積
密度自然大，堿性成膠，堆密度則小。空氣造粒時(shí)，
若形成氣泡膠，結(jié)構(gòu)疏松，或因其它原因造成凝膠
一次粒r濃度降低等均會(huì)使成品膠的V a}增大，
從Ifn使Par減小。
2. 4. 3洗膠條件影響成品膠的堆密度，例生產(chǎn)A
型膠時(shí)，山」幾洗膠介質(zhì)一直為酸性，目_溫度低，一
次粒r‘長大”的幅度小，即老化程度小，成品膠的
V a}小，Pir自然大，含酸量不同，抑制老化的程度
亦不同，Pir也就不同。這就是洗膠過程中通過分
階段取樣檢測堆密度來分析各階段老化程度的一
個(gè)主要依據(jù)。對(duì)」幾粗孔膠的生產(chǎn)山」幾采取了酸泡
前用堿性熱水老化一段時(shí)間，JI目_高溫?zé)崴礈欤?
有時(shí)還用氨水處理終l從膠等措施，因Ifn使得老化
程度大，成品膠的孔體積增大，Pir則小。

標(biāo)簽：硅膠流程生產(chǎn)