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【摘要】：本文采用价格低廉的工业级水玻璃和浓硫酸为原料，在不使用表面活性剂和改性剂的条件下通过沉淀法制备二氧化硅粉体。主要研究了烘干温度，反应pH值，反应温度，陈化温度和陈化时间，洗涤方式，分散剂种类对吸油值的影响。最佳条件下制备的二氧化硅吸油值达到450mL/g。
【关键词】：水玻璃 二氧化硅 吸油值
【Abstract】：In this paper, the low-cost industrial grade sodium silicate and sulfuric acid as raw materials, Silica powder prepared by precipitation under the conditions of the surfactant and modifier. This paper studied the drying temperature, reaction pH, reaction temperature, aging temperature and aging time and washing methods, types of dispersant on the oil absorption value. To under the best conditions to prepared silica oil absorption value achieves 450mL / g.
【Keyword】：sodium silicate； silicon dioxide； oil absorption value
中圖分类号：O652.61 文献标识码：A文章编号：
1.前言
SiO2粉体用途很广泛，例如可作橡胶、塑料的高补强填料，涂料、油墨和密封胶的添加剂，油漆的抗老化剂、精密陶瓷材料以及复合材料等方面。在各种用途中，吸油值作为一项重要指标，在一定程度上反映了粉体SiO2作为填充材料性能的优劣，所以，研究各种制备条件对吸油值的影响极为重要。
沉淀法是制备二氧化硅较常用的方法之一，沉淀法又叫硅酸钠酸化法，工业一般采用水玻璃溶液与无机酸反应，经沉淀、过滤、洗涤、干燥而得到。
1.1制备原理
（1）化学反应
所涉及的化学反应如下：
Na2SiO3 + H2SO4 →Na2SO4 + H2SiO3
H2SiO3 → SiO2·nH2O
（2）工艺示意图
工艺示意图如图1所示[1]
图1. 沉淀法工艺示意图
2. 实验部分
2.1实验原料和实验仪器
（1）实验原料：水玻璃（工业级，模数为3.27），浓硫酸(分析纯)，聚乙二醇6000，无水乙醇(分析纯)，邻苯二甲酸二丁酯(分析纯)
（2）实验仪器：水浴锅，电动搅拌器，真空泵，电热恒温鼓风干燥箱
2.2邻苯二甲酸二丁醋（DBP）吸收值的测定（国家化工行业标准）[2]
2.3 实验过程及各因素对吸油值的影响
配制SiO2含量为15%的硅酸钠溶液100g于500mL四颈烧瓶中，加入一定量的分散剂聚乙二醇6000置于60 ℃水浴锅中并搅拌，在半小时内匀速滴加10%硫酸溶液至pH值为4，陈化2h；用水洗去SO42-抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，于干燥箱中烘干，测吸油值。
2.3.1 烘干温度对吸油值的影响
其他条件不变，分别在40℃—120℃下烘干，结果见图2
图2. 烘干温度对吸油值的影响
由图2数据可知：吸油值随着烘干温度的升高先增大后减小，最佳烘干条件为85 ℃。
2.3.2 反应pH值对吸油值的影响
2.3.1中其条件不他变，烘干温度为85 ℃，反应pH值变化时的结果如表3所示
表3 反应pH值对吸油值的影响
由表3数据可知：吸油值随pH值变化先减小后增大又减小，pH值为先10后3时，结果最好。由此可见，pH值分段陈化比单一pH值陈化效果好，对吸油值影响较大。
2.3.3 陈化温度对吸油值的影响
2.3.2其他条件不变，烘干温度为85℃，控制体系pH值为先10后3，陈化温度为30℃至95℃，结果如图3所示
图3. 陈化温度对吸油值的影响
由图3数据可知：其他条件不变时，吸油值随陈化温度的升高而变大，如果温度再升高，蒸发太快，故陈化温度一般不超过 95℃时最佳。
2.3.4 反应温度对吸油值的影响
2.3.3中其他条件不变，陈化温度为95℃，反应温度从30℃到95℃，结果如图4所示
图4. 反应温度对吸油值的影响
由图4数据可知：反应温度40℃时最佳。效果比单一温度反应陈化效果好得多。
2.3.5 洗涤所用物质不同对吸油值的影响
2.3.4中烘干温度，体系pH值，陈化温度不变，反应温度为40℃，改变洗涤所用物质，分别用蒸馏水、自来水、Na2CO3溶液、H2SO4溶液、NH4HCO3溶液、硫酸铝溶液、无水乙醇洗涤，结果分别为298 mL/g、320 mL/g、223 mL/g、230 mL/g、276 mL/g、234 mL/g、400 mL/g；结果显示用无水乙醇洗涤效果最好。一般来讲，洗涤液的表面张力越小，洗的效果越好。
2.3.6 分散剂种类对结果的影响
2.3.5中其他条件不变，用无水乙醇洗涤，改变分散剂种类结果如表5所示
表4分散剂对吸油值的影响
由表4数据可知：分散剂为丙三醇时效果最好。
3．结论
（1）实验结果表明：沉淀法制备SiO2粉体最佳条件为：丙三醇做分散剂，反应温度为40℃，陈化温度为95℃，，烘干温度为85℃，pH值为先10后3，用无水乙醇洗涤。
（2）由以上实验结果得知，在粉体二氧化硅的制备过程中制备条件是极其重要的，对吸油值影响最大的是pH值和温度，洗涤所用物质和分散剂也有一定影响。
参考文献：
[1]余慧明，陈雪梅. 大孔容高分散沉淀二氧化硅的制备及改性［J］ 涂料工业 2008.38（4）：7~8
[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会. HG/T 3072-2008中国标准书号［S］. 北京：化学工业出版社
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】：水玻璃 二氧化硅 吸油值
【Abstract】：In this paper, the low-cost industrial grade sodium silicate and sulfuric acid as raw materials, Silica powder prepared by precipitation under the conditions of the surfactant and modifier. This paper studied the drying temperature, reaction pH, reaction temperature, aging temperature and aging time and washing methods, types of dispersant on the oil absorption value. To under the best conditions to prepared silica oil absorption value achieves 450mL / g.
【Keyword】：sodium silicate； silicon dioxide； oil absorption value
中圖分类号：O652.61 文献标识码：A文章编号：
1.前言
SiO2粉体用途很广泛，例如可作橡胶、塑料的高补强填料，涂料、油墨和密封胶的添加剂，油漆的抗老化剂、精密陶瓷材料以及复合材料等方面。在各种用途中，吸油值作为一项重要指标，在一定程度上反映了粉体SiO2作为填充材料性能的优劣，所以，研究各种制备条件对吸油值的影响极为重要。
沉淀法是制备二氧化硅较常用的方法之一，沉淀法又叫硅酸钠酸化法，工业一般采用水玻璃溶液与无机酸反应，经沉淀、过滤、洗涤、干燥而得到。
1.1制备原理
（1）化学反应
所涉及的化学反应如下：
Na2SiO3 + H2SO4 →Na2SO4 + H2SiO3
H2SiO3 → SiO2·nH2O
（2）工艺示意图
工艺示意图如图1所示[1]
图1. 沉淀法工艺示意图
2. 实验部分
2.1实验原料和实验仪器
（1）实验原料：水玻璃（工业级，模数为3.27），浓硫酸(分析纯)，聚乙二醇6000，无水乙醇(分析纯)，邻苯二甲酸二丁酯(分析纯)
（2）实验仪器：水浴锅，电动搅拌器，真空泵，电热恒温鼓风干燥箱
2.2邻苯二甲酸二丁醋（DBP）吸收值的测定（国家化工行业标准）[2]
2.3 实验过程及各因素对吸油值的影响
配制SiO2含量为15%的硅酸钠溶液100g于500mL四颈烧瓶中，加入一定量的分散剂聚乙二醇6000置于60 ℃水浴锅中并搅拌，在半小时内匀速滴加10%硫酸溶液至pH值为4，陈化2h；用水洗去SO42-抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，于干燥箱中烘干，测吸油值。
2.3.1 烘干温度对吸油值的影响
其他条件不变，分别在40℃—120℃下烘干，结果见图2
图2. 烘干温度对吸油值的影响
由图2数据可知：吸油值随着烘干温度的升高先增大后减小，最佳烘干条件为85 ℃。
2.3.2 反应pH值对吸油值的影响
2.3.1中其条件不他变，烘干温度为85 ℃，反应pH值变化时的结果如表3所示
表3 反应pH值对吸油值的影响
由表3数据可知：吸油值随pH值变化先减小后增大又减小，pH值为先10后3时，结果最好。由此可见，pH值分段陈化比单一pH值陈化效果好，对吸油值影响较大。
2.3.3 陈化温度对吸油值的影响
2.3.2其他条件不变，烘干温度为85℃，控制体系pH值为先10后3，陈化温度为30℃至95℃，结果如图3所示
图3. 陈化温度对吸油值的影响
由图3数据可知：其他条件不变时，吸油值随陈化温度的升高而变大，如果温度再升高，蒸发太快，故陈化温度一般不超过 95℃时最佳。
2.3.4 反应温度对吸油值的影响
2.3.3中其他条件不变，陈化温度为95℃，反应温度从30℃到95℃，结果如图4所示
图4. 反应温度对吸油值的影响
由图4数据可知：反应温度40℃时最佳。效果比单一温度反应陈化效果好得多。
2.3.5 洗涤所用物质不同对吸油值的影响
2.3.4中烘干温度，体系pH值，陈化温度不变，反应温度为40℃，改变洗涤所用物质，分别用蒸馏水、自来水、Na2CO3溶液、H2SO4溶液、NH4HCO3溶液、硫酸铝溶液、无水乙醇洗涤，结果分别为298 mL/g、320 mL/g、223 mL/g、230 mL/g、276 mL/g、234 mL/g、400 mL/g；结果显示用无水乙醇洗涤效果最好。一般来讲，洗涤液的表面张力越小，洗的效果越好。
2.3.6 分散剂种类对结果的影响
2.3.5中其他条件不变，用无水乙醇洗涤，改变分散剂种类结果如表5所示
表4分散剂对吸油值的影响
由表4数据可知：分散剂为丙三醇时效果最好。
3．结论
（1）实验结果表明：沉淀法制备SiO2粉体最佳条件为：丙三醇做分散剂，反应温度为40℃，陈化温度为95℃，，烘干温度为85℃，pH值为先10后3，用无水乙醇洗涤。
（2）由以上实验结果得知，在粉体二氧化硅的制备过程中制备条件是极其重要的，对吸油值影响最大的是pH值和温度，洗涤所用物质和分散剂也有一定影响。
参考文献：
[1]余慧明，陈雪梅. 大孔容高分散沉淀二氧化硅的制备及改性［J］ 涂料工业 2008.38（4）：7~8
[2]中华人民共和国国家发展和改革委员会. HG/T 3072-2008中国标准书号［S］. 北京：化学工业出版社
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。