硅膠生產的工藝特性及其工業應用

1引言
硅膠是具有二維空間網狀結構的一氧化硅干
凝膠，屬多孔性固體物質，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，被廣泛應用」幾工業
生產中。
2工藝特性
硅膠的生產雖然大都經過凝膠、洗滌、干燥這
一共性，但具體到某一類型膠，又有工藝各異，相
互區別的個性。
2. 1凝膠造粒過程
凝膠造粒是硅膠生產的關鍵性步驟之一，是
指一定濃度的稀泡花堿液和稀硫酸在一定條件卜
充分反應形成溶凝膠溶液，達一定濃度后形成凝
膠顆粒。凝膠顆粒的形狀、大小等完全山用戶的需
求及工藝生產能力決定，關」幾成膠方法，日前多采
用空氣造粒，粒度要求微細時，考慮到空氣造粒的
難度，則大多采用反應罐凝膠造粒，例微粉硅膠的
生產。凝膠所用的酸堿比例、濃度、溫度及凝膠造
粒時間等是凝膠造粒過程的特定工藝參數。
2.1.1酸性成膠(酸堿比例問題)時，一次凝膠粒
r(相當少初級粒向小，聚集時易形成細孔結構
的硅膠;堿性成膠時，一次凝膠粒r大，聚集時易
形成粗孔性的硅膠。這就是粗孔膠的生產優選堿
性成膠，細孔膠生產則優選酸性成膠的道理。
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，即凝膠網狀結構的緊
密度增大，聚集時又易成為細孔，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、結構及生產設計能力等的
限制。
2. 1. 3酸堿溫度過高.酸堿反應的速度過快.Ifu
酸堿反應木身又是放熱反應.一次粒r聚集時又
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.對造粒不利;酸堿溫
度過低.一次粒r減小.易形成細孔.但山」幾凝膠
溶液溫度太低、粘度增加.同樣也對造粒不利。因
此酸堿溫度也要適中。
2. 1. 4凝膠造粒時間是凝膠造粒過程中又一至
關重要的工藝參數。是指從酸堿混合反應開始到
粒度凝膠形成為止所經歷的時間.包括凝膠時間
與造粒時間。凝膠造粒時間短.則可能使凝膠溶液
反應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
生造粒過程中的汽泡膠.碎膠或膠球強度不夠等
現象。同時這也是造成膠球顆粒內部結構紊亂.孔
分布范圍大的一個主要原因。因此.在生產實踐
中.對」幾空氣造粒.在工藝允許范圍內.顆粒大的
膠.時間要盡量長.顆粒小的膠.時間則可適當短
些。Ifn對」幾在反應釜罐中凝膠造粒的特細微球硅
膠.時間則要更長.目_要加攪拌。
2. 2洗膠過程
洗膠是硅膠生產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,SO呈一、Si0穿iY}r等)控
制到工藝要求范圍內。同時.它也是一個調整顆粒
內部結構(即老化)的過程。
2. 2. 1交換吸附(即Na十與H十的交換)現象是
洗膠過程的木質特性之一。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。水洗過程的交換遠未停止只不過是交換量越
來越小。酸泡濃度、洗水介質、水洗溫度是洗膠過
程的主要工藝參數，影響交換速度、數量等。
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、溫度。洗膠介質、溫度則是控制一次
粒子增長幅度”的主要因素，即通過調整一次粒
子的增幅”達到調整孔結構的目的。
細孔膠的洗滌要求抑制老化，因此，在凝膠造
粒形成后即進行必要而短促的老化后就進行酸
泡，洗膠介質自始至終必須顯酸性，因為酸性介質
(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，
洗膠溫度應低些，因為老化是個吸收能量的過程，
溫度低、供能少，老化程度自然也小。即細孔膠的
洗滌是通過抑制一次粒子的‘長大”，達到調整孔
結構的目的。特別對」幾孔結構要求嚴整(即孔分布
范圍小)目_堆密度又要求在一定范圍的細孔膠的
生產，例如對于變壓吸附COz專用細孔膠的生
產。洗膠時洗水的含酸量、溫度均要做出嚴格的要
求。山」幾細孔膠的洗滌溫度低，交換速度慢，所以
洗滌時間要長些，但不能太大，時間太長，特別是
臨近終l從時，反而加速老化。
粗孔膠的生產則要求促進老化。遵循堿性介
質、高溫熱水促進老化的原則，采取在酸泡前加入
高溫熱水，目_設法使其顯堿性，提高水洗過程中的
溫度，7{在終l從結束時，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”，擴大孔徑，達到老化的目的。不難看出，在整
個水洗過程中，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，膠粉聚集處容易結塊，膠球表而粘粉的
又一主要原因。
對于較粗孔徑即介于粗細孔膠間如T3型膠
的生產，適中老化即可，有時為緩沖干燥過程中的
液體表而張力作用，水洗終了進行表而處理。山」幾
溫度過高，時間過長，處理液的存在會使膠球變化
，因此處理液的應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
水分蒸發體積收縮,7{使一次粒子再度聚JI‘長
大”，達到深度老化的目的。細孔膠為了抑制老化
程度，經常是通過控制進干燥時膠球中的含酸量達到日的。在生產實踐中，粗細孔膠多在一般的高
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。焙燒擴孔就是這個道理。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到日的。
2. 4成品膠質量參數指標與硅膠工藝特性的關
系
硅膠的工藝特性決定了成品膠的質量參數指
標，反過來成品膠的質量參數指標又要求一定的
工藝特性控制?，F就成品膠堆密度為例剖析一者
的關系。堆密度是硅膠成品分析中的重要質量參
數之一，能直觀Ifn簡便的反應硅膠顆粒內部孔結
構的物理參數。硅膠是一種多孔性的固體顆粒，它
的表觀體積V u}實際山二部分組成，第一部分是
硅膠顆粒內部實際的孔所，片的體積以V a}表示。
第_部分是堆積時顆粒之間的孔隙，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n，為硅膠的質量，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，對應一
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
別A,T3,C二種類型膠的依據，即便是同一類型
膠，堆密度的大小會粗略的判斷硅膠顆粒內部的
孔結構。
2. 4. 2一般情況卜，酸性成膠時，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?？諝庠炝r，
若形成氣泡膠，結構疏松，或因其它原因造成凝膠
一次粒r濃度降低等均會使成品膠的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A
型膠時，山」幾洗膠介質一直為酸性，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
個主要依據。對」幾粗孔膠的生產山」幾采取了酸泡
前用堿性熱水老化一段時間，JI目_高溫熱水洗滌，
有時還用氨水處理終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。

標簽：硅膠流程生產