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硅溶膠穩(wěn)定性的影響因素
2023-03-29 10:22
硅溶膠的膠體粒子粒徑為納米尺度，比表面積通常為 20-600m2/g，表面能相對較大，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，為了降低溶膠粒子的表面能，往往小顆粒之間會發(fā)生團聚形成大顆粒，進而產(chǎn)生聚沉或凝膠現(xiàn)象，所以硅溶膠的膠粒為介穩(wěn)相，一直存在著自發(fā)聚結(jié)的可能。膠體的穩(wěn)定性主要取決于聚結(jié)穩(wěn)定性和動力學(xué)穩(wěn)定性，這二者與ζ電位、布朗運動以及足夠的溶劑阻隔三種因素有密切的關(guān)聯(lián)，三種因素若有一種被削弱，膠體就會產(chǎn)生凝膠或聚沉，而一旦凝聚成凝膠后，就無法采用加熱或加溶劑的方法使它重新變?yōu)槿苣z，因此，這個過程是不可逆的。影響硅溶膠穩(wěn)定性的因素主要有以下幾個：
?。?）pH值
在硅溶膠中H+濃度對硅溶膠的穩(wěn)定性有很大的影響，所以可以根據(jù)體系pH值將硅溶膠劃分為不同的區(qū)域，不同區(qū)域的穩(wěn)定性不同。①當硅溶膠體系為堿性時（pH~10），二氧化硅膠粒表面所攜帶的電荷比較多，ζ電位也比較高，膠粒之間的斥力遠大于引力，體系處于穩(wěn)定的區(qū)域可以長期保存。②隨著H+濃度降低，PH降到5~7之間時，膠粒表面所攜帶的電荷量急劇減小，導(dǎo)致ζ電位下降，達到了溶膠的等電點，此時膠粒之間容易聚合形成凝膠，處于極不穩(wěn)定的區(qū)域。③當體系為酸性時（pH~3）, 二氧化硅膠粒從負的ζ電位成了正的ζ電位，硅溶膠體系此時處于亞穩(wěn)態(tài)區(qū)域，比堿性硅溶膠穩(wěn)定性差，但比中性硅溶膠穩(wěn)定性好。
（2）電解質(zhì)
在強酸性（pＨ＜2）硅溶膠體系中，此pＨ值范圍內(nèi)電解質(zhì)對體系的穩(wěn)定性影響最小。因為這時體系中OH-的濃度特別低，所以膠粒接觸之后不會一直聚合在一起。并且此時由膠粒雙電層重疊產(chǎn)生的斥力在阻止二氧化硅顆粒聚集中所起的作用很大。
在中性（4＜pＨ＜8）硅溶膠體系中，電解質(zhì)對體系的穩(wěn)定性影響最大。因為這時隨著體系pH值的升高，OH-濃度加大，而OH-會促使膠粒永久聚合。隨著電解質(zhì)濃度的升高，膠粒表面所帶凈負電荷越來越少，膠粒之間的斥力變小，所以體系很容易形成凝膠。
在堿性（pＨ＞8）硅溶膠體系中，電解質(zhì)中的陽離子會優(yōu)先吸附到膠粒表面，從而取代原來吸附的H+，被取代下來的H+會和體系中的OH-中和，使體系pH值下降，從而降低硅溶膠的穩(wěn)定性。
?。?）粒徑
硅溶膠中無定型二氧化硅顆粒的粒徑大小對硅溶膠的穩(wěn)定性也起著重要作用。二氧化硅的粒徑越小，酸性硅溶膠的穩(wěn)定性越差，越易形成凝膠。而隨著二氧化硅顆粒的粒徑增加，硅溶膠體系的穩(wěn)定性會迅速提高。另外二氧化硅顆粒的粒徑分布越集中，體系的穩(wěn)定性越好，越不易形成凝膠。
?。?）其他因素
除上述因素之外，硅溶膠體系的溫度越高，二氧化硅顆粒越容易聚集，體系的穩(wěn)定性越差。在酸性條件下，所有醇類都會提高體系的穩(wěn)定性。在堿性條件下，只有多元醇才會提高體系穩(wěn)定性，而一元醇會促進顆粒凝聚。