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硅溶胶[1]是无定形二氧化硅(mSiO2·nH2O)颗粒在水中均匀分散形成的一种胶态分散体。由于硅溶胶中二氧化硅颗粒表面含大量羟基,具有较强的反应活性,经过表面改性又能与有机聚合物混溶,因此被广泛用于涂料、精密铸造、耐火材料、造纸、石油化工、电子等很多行业。工业上合成的硅溶胶中纳米二氧化硅颗粒的粒径一般为10～40nm,难以满足某些特殊行业要求。如何合成大粒径(>80 nm)硅溶胶,成为目前硅溶胶化学的研究热点之一。本文以硅酸钠水溶液(又称泡花碱溶液或水玻璃)为原料,探索研究了大粒径硅溶胶的制备方法,考察了聚乙二醇(PEG)对粒子形貌的影响;采用"硅酸钠直接缩聚法"和"硅酸钠直接缩聚-正硅酸四乙酯水解聚合联合法"实现了硅溶胶的粒径可控制备,并获得了均分散大粒径硅溶胶,为硅溶胶可控制备技术的研发和应用提供了参考信息。本文主要研究内容和结论如下:(1)用离子交换法以硅酸钠为原料制备出"活性硅酸",考察了影响活性硅酸缩聚快慢的条件。结果表明,在酸性条件(pH 1～3)下缩聚产物极易胶凝,添加PEG(分子量M_w=200)对胶凝无明显抑制效果;在碱性条件(pH～10)下缩聚可得分散性良好的硅溶胶(研究条件下粒径～70 nm),添加PEG可减小硅溶胶颗粒粒径(研究条件下粒径～40 nm)。(2)以氨水(NH3 ·H20)为催化剂,在乙醇(EtOH)溶剂中将正硅酸四乙酯(TEOS)水解-缩合,制备出了均一性高的硅溶胶(mSiO2·nH2O纳米颗粒)。本步骤中采用多步水解-聚合法,可调控颗粒尺寸。研究条件下制备的硅溶胶粒径为30～50 nm。(3)参照TEOS水解-缩合法,探索研究了"硅酸钠直接缩聚法"。以硅酸钠溶液为原料,在乙醇/氨水介质中直接缩聚,结果表明可制备出稳定的硅溶胶产品,呈规则球形颗粒;随硅酸钠浓度增大,所制备的硅溶胶颗粒粒径增大,即可通过改变硅酸钠溶液浓度,可调控粒径大小。该法可获得大粒径(>100nm)球形颗粒,但均匀度较差,缩聚条件有待优化。另外,缩聚机理还有待研究。(4)将"硅酸钠直接缩聚法"与"正硅酸四乙酯(TEOS)水解-聚合法"相结合,探索研究了"硅酸钠直接缩聚-TEOS水解聚合联合法"制备均分散大粒径硅溶胶的可行性。结果表明,该方法可制备出尺寸均匀的大粒径(～300nm)产品,为硅溶胶的可控制备提供了新途径。该方法与硅酸钠直接缩聚法相比,可明显改善颗粒均匀度,与TEOS水解-聚合法相比,可明显降低TEOS用量(成本降低),具有实用价值。所制备硅溶胶颗粒的表面性质和应用性能还有待考察。(5)考察了 PEG对硅酸钠直接缩聚法制备硅溶胶的影响。结果表明,添加PEG可减小颗粒粒径,并具有抑制颗粒聚集的趋势。PEG分子量(M_w 4000～20000)越大,在相同条件下制备的硅溶胶颗粒越小。