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硅溶胶的形成机理
更新时间:2019-05-17 17:14:19 字号:T|T
长期以来,有众多的研究者对硅酸单体聚合生成溶胶进行了研究。其公认的机理如下:在水溶液中,羟基化的二氧化硅表面对H+ 或OH-将发生吸附
长期以来,有众多的研究者对硅酸单体聚合生成溶胶进行了研究。其公认的机理如下:在水溶液中,羟基化的二氧化硅表面对H+ 或OH-将发生吸附作用,致使二氧化硅表面可带有某种电荷。用反应式表示为

长期以来,有众多的研究者对硅酸单体聚合生成溶胶进行了研究。其公认的机理如下:在水溶液中,羟基化的二氧化硅表面对HOH-将发生吸附作用,致使二氧化硅表面可带有某种电荷。用反应式表示为:

 

显然,二氧化硅所带电荷由水溶液的pH值决定,当pH值为适当数值时其表面电荷可为零,此时即为其零电荷点,一般情况下,零电荷点接近于等电点。研究表明:二氧化硅的等电点为pH=2。当pH<2时,H+与硅酸分子结合成正一价的硅酸离子,可进行下述反应:

 

 

从上述反应得到的双硅酸正一价阳离子可继续与硅酸分子反应,生成三硅酸直至多硅酸,进而形成硅溶胶或硅酸水凝胶。当pH>2时,OH-与硅酸分子结合成负一价的硅酸离子,可进行下述反应:

 

从上述反应得到的硅酸二聚体继续与负一价的硅酸离子反应,直至形成多硅酸,进而形成硅溶胶或硅酸水凝胶。在形成多硅酸时不一定都是直链,也可以形成带支链的结构。

虽然两种途径即在H+ OH-条件下都可发生单体聚合,但是在酸性条件下聚合SiO2粒子易生成单硅酸的线型和带侧链的聚合物。聚集后易转变为三维网状结构的溶胶或凝胶;而在碱性条件下,可形成球形SiO2胶体粒子,不但结构稳定,其应用性质更为优良。有时为了应用的需要将碱性硅溶胶转为酸性硅溶胶,可使用离子交换法,将稳定剂Na+ 置换为H即可。