一种铵稳定型硅溶胶及其制造方法和用途 【技术领域】
本发明涉及一种硅溶胶及其制造方法和用途，尤其是一种铵稳定型硅溶胶及其制造方法和用途。
背景技术
硅溶胶是二氧化硅在水中的胶体溶液，其胶粒粒径在1-100nm，工业上用得最多的是粒径在8-20nm的硅溶胶。硅溶胶可广泛用于建筑涂料、精密铸造、催化剂载体、耐火材料等行业。制备硅溶胶的主要方法有离子交换法、单质硅溶解法和电渗析法等。
目前国内硅溶胶主要品种有碱性钠型硅溶胶和酸性硅溶胶。如化学工业出版社1996年1月出版的《无机盐工业手册》下册第40页引用化工部行业标准，介绍了4种碱性钠型硅溶胶和3种酸性无稳定剂型硅溶胶产品质量标准，没有提及铵稳定型硅溶胶产品品种。成都科技大学出版社1994年5月出版的《硅化合物的生产与应用》第170页提及可用氢氧化钠水溶液、氨水作硅溶胶稳定剂。上述二篇文献均有国外硅溶胶品种介绍，其中介绍了美国杜邦公司Ludox硅溶胶AS-40、AS-30品种为用NH3作稳定剂的硅溶胶，但其中没有提及其稳定剂物质含量，也没有相应制备工艺和用途介绍。
《无机盐工业》1995年第1期31-33页介绍了一种制备碱性硅溶胶的方法，该方法通过用铵型树脂置换泡花碱水溶液中的Na+，再经蒸发浓缩、加氢氧化钠稳定得到碱性硅溶胶，这种硅溶胶以氧化钠为稳定剂(含量为0.25％)，氧化钠含量仍然较高。
但当硅溶胶用作高温粘结剂和制备硅酸铝多晶莫来石耐火纤维时，其中较高含量氧化钠的存在会在高温下生成低熔点物，影响其耐高温性能。
【发明内容】
本发明拟解决的问题是提供一种低氧化钠含量、铵稳定的硅溶胶及其制造方法和用途，以避免在高温下生成低熔点物，影响其耐高温性能的问题。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种铵稳定型硅溶胶，它含有二氧化硅10-36％、氧化钠0.01-0.2％和氨0.05-0.5％，其PH值为8.0-10.0；所述二氧化硅以胶体颗粒存在于水中，所述胶体颗粒的平均粒径为8-20纳米，所述氧化钠以Na+存在于胶体溶液中，所述氨以NH3·H2O和NH4+平衡态共存于胶体溶液中。
上述铵稳定型硅溶胶的氧化钠含量最好是0.01-0.1，氨含量最好是0.05-0.2，PH值最好为8.5-9.2。
前述铵稳定型硅溶胶的制造方法，它以碱性钠型硅溶胶为原料，与预先用氨水或碳酸氢铵溶液处理过的阳离子交换树脂进行离子交换反应，得到铵稳定型硅溶胶。
所述碱性钠型硅溶胶的二氧化硅含量为10-36.5％，氧化钠含量为0.3-0.5％，其PH值为8.5-10.5，其胶粒粒径为8-20纳米。所述氨水或碳酸氢铵溶液浓度为3-8％。所述阳离子交换树脂是强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂，如001×7型树脂。所述离子交换反应是采用静态法或离子交换柱法实现的。所述离子交换反应后，还可通过补加氨水提高溶液中氨的含量。
上述铵稳定型硅溶胶的用途，它用于制备多晶莫来石耐火纤维。
采用本发明方法，通过离子交换方法，用NH4+取代大部分Na+，大大降低了胶体溶液中氧化钠含量，避免了当硅溶胶用作高温粘结剂和制备硅酸铝多晶莫来石耐火纤维时，在高温下生成低熔点物，影响其耐高温性能的问题。
【具体实施方式】
本发明主要通过离子交换方法实现发明目的。离子交换反应是溶液和离子交换剂之间交换离子的反应，离子交换剂中应用最广的是离子交换树脂，它是一种具有交链结构的立体多孔状高聚物，其母体由高分子链构成，链上有固定的离子交换基团和电荷相反的可解离的离子。根据固定基团地电性不同，离子交换树脂可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。原则上，所有阳离子交换树脂都能应用于本发明。考虑交换容量和稳定性等因素，本发明选用强酸性苯乙烯系001×7型阳离子交换树脂。树脂在使用前需用含NH4+的氨水或碳酸氢铵溶液处理，氨水和碳酸氢铵溶液的浓度以3-8％为宜。处理后用蒸馏水或去离子水洗净便可用于离子交换反应。与硅溶胶反应后，交换树脂需重新洗净并进行再生处理，备下次重复使用。关于这方面的相关内容可参阅《无机盐工业手册》第167-179页内容或其它介绍锅炉水处理方法关于交换树脂使用方法方面文献资料，为节约篇幅，本发明实施方式中不再详细介绍这方面操作。
实施例1
取含SiO2为10％，Na2O为0.3％，PH值为8.5，胶粒粒径为8nm的碱性硅溶胶1000g，加入已用3％氨水处理并已洗净的001×7型阳离子交换树脂300g，搅拌，约1小时后用滤布过滤，滤液中再加入上述同种001×7型阳离子交换树脂300g，搅拌，约1小时后用滤布过滤，可得到滤液920g，其产品理化指标为：SiO2为10％，Na2O为0.01％，NH4+以NH3计为0.15％，PH值为8.0，胶粒粒径为8nm。
实施例2
取含SiO2为20％，Na2O为0.33％，PH值为9.0，胶粒粒径为8nm的碱性硅溶胶1000g，加入已用4％氨水处理并已洗净的001×7型阳离子交换树脂200g，搅拌，约1小时后用滤布过滤，可得到滤液950g，其产品理化指标为：SiO2为20％，Na2O为0.2％，NH4+以NH3计为0.05％，PH值为8.5，胶粒粒径为10nm。
实施例3
取用5％氨水处理并已洗净的001×7型阳离子交换树脂1000g，装入交换柱中。取含SiO2为25％，Na2O为0.35％，PH值为9.5，胶粒粒径为13nm的碱性硅溶胶500g，使其通过离子交换柱。从交换柱出口可得到铵稳定型硅溶胶950g，其产品理化指标为：SiO2为25％，Na2O为0.08％，NH4+以NH3计为0.1％，PH值为9.0，胶粒粒径为13nm。
实施例4
取用6％氨水处理并已洗净的001×7型阳离子交换树脂1000g，装入交换柱中。取含SiO2为30％，Na2O为0.4％，PH值为10.0，胶粒粒径为15nm的碱性硅溶胶1000g，使其通过离子交换柱。从交换柱出口可得到铵稳定型硅溶胶950g，其产品理化指标为：SiO2为30％，Na2O为0.03％，NH4+以NH3计为0.2％，PH值为9.2，胶粒粒径为15nm。
实施例5
取含SiO2为36.5％，Na2O为0.5％左右，PH值为10.5，胶粒粒径为20nm的碱性硅溶胶1000g，加入已用8％氨水处理并已洗净的001×7型阳离子交换树脂400g，搅拌，约1小时后用滤布过滤，可得到滤液950g，滴加含NH325％的氨水12g，即得到铵稳定型硅溶胶，其产品理化指标为：SiO2为36％，Na2O为0.1％，NH4+以NH3计为0.5％，PH值为10.0，胶粒粒径为20nm。
上述实施例1-5中，用碳酸氢铵(NH4HCO3)溶液代替氨水，其它程序不变，同样可实现本发明目的。
实施例6
取本发明实施例3所述的铵稳定型硅溶胶10Kg，加乳酸酸化，得溶液A。由铝粉和结晶氯化铝水溶液反应生成碱式氯化铝溶液，取含氧化铝6.5Kg的这种溶液与溶液A混合，浓缩，制得硅酸铝胶体溶液，再用高速离心甩丝吹喷成线，经干燥、热处理及煅烧可制得约9Kg多晶莫来石耐火纤维。该纤维含低溶点氧化物不高于0.1％，产品经1000℃500小时加热试验稳定性良好，符合硅酸铝纤维产品使用要求。