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硅溶胶稳定性的影响因素

2023-03-29 10:22

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  硅溶胶的胶体粒子粒径为纳米尺度,比表面积通常为 20-600m2/g,表面能相对较大,根据热力学第二定律,为了降低溶胶粒子的表面能,往往小颗粒之间会发生团聚形成大颗粒,进而产生聚沉或凝胶现象,所以硅溶胶的胶粒为介稳相,一直存在着自发聚结的可能。胶体的稳定性主要取决于聚结稳定性和动力学稳定性,这二者与ζ电位、布朗运动以及足够的溶剂阻隔三种因素有密切的关联,三种因素若有一种被削弱,胶体就会产生凝胶或聚沉,而一旦凝聚成凝胶后,就无法采用加热或加溶剂的方法使它重新变为溶胶,因此,这个过程是不可逆的。影响硅溶胶稳定性的因素主要有以下几个:
  (1)pH值
  在硅溶胶中H+浓度对硅溶胶的稳定性有很大的影响,所以可以根据体系pH值将硅溶胶划分为不同的区域,不同区域的稳定性不同。①当硅溶胶体系为碱性时(pH~10),二氧化硅胶粒表面所携带的电荷比较多,ζ电位也比较高,胶粒之间的斥力远大于引力,体系处于稳定的区域可以长期保存。②随着H+浓度降低,PH降到5~7之间时,胶粒表面所携带的电荷量急剧减小,导致ζ电位下降,达到了溶胶的等电点,此时胶粒之间容易聚合形成凝胶,处于极不稳定的区域。③当体系为酸性时(pH~3), 二氧化硅胶粒从负的ζ电位成了正的ζ电位,硅溶胶体系此时处于亚稳态区域,比碱性硅溶胶稳定性差,但比中性硅溶胶稳定性好。
  (2)电解质
  在强酸性(pH<2)硅溶胶体系中,此pH值范围内电解质对体系的稳定性影响最小。因为这时体系中OH-的浓度特别低,所以胶粒接触之后不会一直聚合在一起。并且此时由胶粒双电层重叠产生的斥力在阻止二氧化硅颗粒聚集中所起的作用很大。
  在中性(4<pH<8)硅溶胶体系中,电解质对体系的稳定性影响最大。因为这时随着体系pH值的升高,OH-浓度加大,而OH-会促使胶粒永久聚合。随着电解质浓度的升高,胶粒表面所带净负电荷越来越少,胶粒之间的斥力变小,所以体系很容易形成凝胶。
  在碱性(pH>8)硅溶胶体系中,电解质中的阳离子会优先吸附到胶粒表面,从而取代原来吸附的H+,被取代下来的H+会和体系中的OH-中和,使体系pH值下降,从而降低硅溶胶的稳定性。
  (3)粒径
  硅溶胶中无定型二氧化硅颗粒的粒径大小对硅溶胶的稳定性也起着重要作用。二氧化硅的粒径越小,酸性硅溶胶的稳定性越差,越易形成凝胶。而随着二氧化硅颗粒的粒径增加,硅溶胶体系的稳定性会迅速提高。另外二氧化硅颗粒的粒径分布越集中,体系的稳定性越好,越不易形成凝胶。
  (4)其他因素
  除上述因素之外,硅溶胶体系的温度越高,二氧化硅颗粒越容易聚集,体系的稳定性越差。在酸性条件下,所有醇类都会提高体系的稳定性。在碱性条件下,只有多元醇才会提高体系稳定性,而一元醇会促进颗粒凝聚。               


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