- UID
- 19437
- 精华
- 积分
- 8373
- 胶币
- 个
- 胶分
- 点
- 技术指数
- 点
- 阅读权限
- 90
- 在线时间
- 小时
- 注册时间
- 2008-6-23
- 最后登录
- 1970-1-1
|
发表于 2008-10-19 20:37:47
|
显示全部楼层
硅胶生产的工艺特性及其工业应用 : m$ {! [ ?/ \9 v+ z% J& d
# T- r1 k& G' L0 n/ [1引言 ( Z! i4 b& L- `8 }$ R
硅胶是具有二维空间网状结构的一氧化硅干
2 A' N# e& }5 R2 ^! \, y# R凝胶,属多孔性固体物质,孔分布范围广,具有很 8 U- o! b7 \$ q: ^1 O
大的比表而,表而覆盖有大量的硅烷醇基因匕 1 a, K5 R Q2 m- b" X- L3 c
Si- OH),具有一定的活性。使它成为干燥剂、吸 9 Y' J% S. | A I
附剂、催化剂及催化剂载体等,被广泛应用」几工业
# N' x( z) j* C; C7 q生产中。 : b0 B- X+ Q5 k P, \; ^( p7 f
2工艺特性 1 k0 \' ]) O5 z7 q& S
硅胶的生产虽然大都经过凝胶、洗涤、干燥这
; H* @9 |6 q6 X: G" J! J* D一共性,但具体到某一类型胶,又有工艺各异,相
+ F& A7 F- X: E% C1 n互区别的个性。 + @/ ?7 e+ a* g$ b# k! ? P7 v5 }, [9 q/ C
2. 1凝胶造粒过程
3 K2 O& ^- U r1 J5 s) Q' l; ?凝胶造粒是硅胶生产的关键性步骤之一,是
" M5 ^! h: Y: f+ r! n: @1 P5 I指一定浓度的稀泡花碱液和稀硫酸在一定条件卜 " K* R5 `2 H5 U
充分反应形成溶凝胶溶液,达一定浓度后形成凝 ! F4 A! h5 s5 p6 W
胶颗粒。凝胶颗粒的形状、大小等完全山用户的需 # [, i3 \; [6 L, O
求及工艺生产能力决定,关」几成胶方法,日前多采 ) L0 E' R) p- R7 X8 o/ E
用空气造粒,粒度要求微细时,考虑到空气造粒的
' c0 e# ^2 N3 y T) f2 o4 d难度,则大多采用反应罐凝胶造粒,例微粉硅胶的 1 Q( s$ p- C) k* Q
生产。凝胶所用的酸碱比例、浓度、温度及凝胶造
& m) A. k3 X3 E粒时间等是凝胶造粒过程的特定工艺参数。 * t) S# C# Y* s2 o# s4 t: Y: E# z
2.1.1酸性成胶(酸碱比例问题)时,一次凝胶粒
8 f4 L' A" k) U( y* f6 `) T$ Mr(相当少初级粒向小,聚集时易形成细孔结构
& G! w v8 p4 W+ o+ p- t的硅胶;碱性成胶时,一次凝胶粒r大,聚集时易 ' F' N3 P( C( l Z, Q
形成粗孔性的硅胶。这就是粗孔胶的生产优选碱 5 L0 r- \: V7 Z, O& {
性成胶,细孔胶生产则优选酸性成胶的道理。 # E7 s7 [% W- M0 Z, D8 i% s6 N% ]
2.1.2酸碱浓度要适中。酸碱浓度过高,一次凝 : |2 Z+ {' T7 f1 n; t& q: z
胶粒r较大,聚集时成为较粗孔径的硅胶,Ifn凝胶 ; s0 P: ^) B; |( P7 s+ D; V
溶液中一次粒I浓度也大,即凝胶网状结构的紧 ( t! `2 c, Z5 {1 I2 E' Z
密度增大,聚集时又易成为细孔,一者有相互抵消 2 W8 ~; P$ G/ V' T/ L: ~
的倾向。再者,酸碱浓度过高,凝胶溶液的粘度增
9 \3 Z4 x+ v' {1 V. G) S大,给造粒带来一定的难度,另外,酸碱浓度的大小还要受到凝胶粒度、结构及生产设计能力等的 # R2 d/ O* X l2 @
限制。
- H" P) o& d! j5 M* f: v1 r) z2. 1. 3酸碱温度过高.酸碱反应的速度过快.Ifu 9 t$ L& F4 y3 w" i K! _* A
酸碱反应木身又是放热反应.一次粒r聚集时又 ( H! r- _9 Y4 `" ^! X" `
要放热.因此.使得一次粒r任曾大”.造粒速度减 1 f$ p1 q5 l( D, R
慢.势必超出工艺要求范围.对造粒不利;酸碱温
: ~+ o9 E7 A# c度过低.一次粒r减小.易形成细孔.但山」几凝胶 # `5 a" k- z# M' m+ W# A6 g5 ^
溶液温度太低、粘度增加.同样也对造粒不利。因
W# D6 p6 [8 F# y G% P1 L此酸碱温度也要适中。 - ? A5 r! U8 E7 Q1 J
2. 1. 4凝胶造粒时间是凝胶造粒过程中又一至 . L* V/ N7 o, i3 q1 f0 X: O v
关重要的工艺参数。是指从酸碱混合反应开始到
; e1 ^. C ]) l0 X粒度凝胶形成为止所经历的时间.包括凝胶时间
. s! y3 Y6 I y2 w/ o与造粒时间。凝胶造粒时间短.则可能使凝胶溶液 " R9 w) _+ s: |: |+ Q3 P! m5 D3 r
反应不充分或均匀度不够.使得一次粒r的浓度 9 r' k( F( J# E3 r
分布不匀.形成局部凝胶或局部紧密堆积.这就产
P2 |# D: F/ y生造粒过程中的汽泡胶.碎胶或胶球强度不够等
6 m3 y$ P/ k) k现象。同时这也是造成胶球颗粒内部结构紊乱.孔
+ V8 }3 K! y6 L/ G D分布范围大的一个主要原因。因此.在生产实践
& \! z5 b8 T% I, o: W2 B" a中.对」几空气造粒.在工艺允许范围内.颗粒大的 9 s: N4 N8 H' d+ H1 E4 ^
胶.时间要尽量长.颗粒小的胶.时间则可适当短
8 ?" {) c2 A) F& v( }0 r) t些。Ifn对」几在反应釜罐中凝胶造粒的特细微球硅
" P$ Y8 x6 A H胶.时间则要更长.目_要加搅拌。 2 v u& y7 v5 n: G% ]6 w5 y! e
2. 2洗胶过程
$ I% [: g# t* r. r! s$ Y# M洗胶是硅胶生产中不可少的工艺过程.是为
; K9 N( ?0 D( O2 a) m4 z了将粒状凝胶所形成的NazSO}洗掉,7{将各阴
' J- h- [0 I1 w* _; M2 X: c阳离r(主要为H十、N扩,SO呈一、Si0穿iY}r等)控 ; S J4 r0 V- w, v7 \2 ^! k$ X
制到工艺要求范围内。同时.它也是一个调整颗粒 , y2 X6 F+ W9 s, y6 Q
内部结构(即老化)的过程。
* ^7 \+ E: K) a, P5 u5 z2. 2. 1交换吸附(即Na十与H十的交换)现象是 3 \. Y8 L1 L, m `4 x) l+ E
洗胶过程的木质特性之一。酸泡过程是交换吸附 1 N, y) b9 |3 w, C$ _- ~0 `) W
的主要过程.1}' a'与H十的交换多在这一过程完
! l/ W- R: k* F1 s成。水洗过程的交换远未停止只不过是交换量越
4 Z4 K+ T) L! o' U# u' [6 T1 {来越小。酸泡浓度、洗水介质、水洗温度是洗胶过 , o4 D1 c: U/ L" e E
程的主要工艺参数,影响交换速度、数量等。 / R0 [( _) J& u" @
2. 2. 2成品硅胶的孔特性好大一部分是山洗胶 0 M3 o6 E+ f+ I$ r
过程的老化决定的,而这一过程的老化程度取决 $ c; p. u" h. B3 B- ?& c4 I8 ?
」几洗胶介质、温度。洗胶介质、温度则是控制一次 # L5 x8 R& A- G3 e* a
粒子增长幅度”的主要因素,即通过调整一次粒
3 |1 _& J% |+ Z+ k% x, x! k子的增幅”达到调整孔结构的目的。 ( D h" m( K/ }- i
细孔胶的洗涤要求抑制老化,因此,在凝胶造 9 ~- T" c$ d3 s# v% V$ t; ]
粒形成后即进行必要而短促的老化后就进行酸
( k7 b% Y7 H& X泡,洗胶介质自始至终必须显酸性,因为酸性介质 ; y1 J! A9 l2 g5 w8 i4 H
(即H十)能有效的抑制一次粒子的‘长大”,目_含 9 ^6 H4 Q3 H# S4 ?4 V M; j
酸量的大小即决定了抑制老化程度的大小。同时, ; C- h! I3 z6 \% w! B' @ {0 c- E
洗胶温度应低些,因为老化是个吸收能量的过程, * {3 g6 g0 z8 B
温度低、供能少,老化程度自然也小。即细孔胶的
, \7 H0 ~& {% v ~& b( P& b洗涤是通过抑制一次粒子的‘长大”,达到调整孔 - i0 R1 [9 B( |' h' D1 Y3 u
结构的目的。特别对」几孔结构要求严整(即孔分布
+ L( _8 p) Q* {% v范围小)目_堆密度又要求在一定范围的细孔胶的 # R3 m, c" \: k G* Z: M3 X& f' x
生产,例如对于变压吸附COz专用细孔胶的生 ; O7 {9 b$ F+ N" R5 p1 t
产。洗胶时洗水的含酸量、温度均要做出严格的要
8 I* r, p; {* Z- z求。山」几细孔胶的洗涤温度低,交换速度慢,所以 5 i7 C4 L. S% c# `0 G
洗涤时间要长些,但不能太大,时间太长,特别是
* d9 ]7 z/ k2 |" n临近终l从时,反而加速老化。 5 y) L8 X9 ], @, w* s/ V
粗孔胶的生产则要求促进老化。遵循碱性介
- \& I3 F) S2 i" V质、高温热水促进老化的原则,采取在酸泡前加入
5 Q4 l3 Q8 p" ^3 _高温热水,目_设法使其显碱性,提高水洗过程中的
9 n! z- v1 p1 Y6 a温度,7{在终l从结束时,加入一定浓度的氨水,以 6 P8 \6 r+ v* K3 T8 ]% c
增加0 H-离子的浓度等措施,促使一次粒子‘长 * B9 ?4 L/ J* O, {
大”,扩大孔径,达到老化的目的。不难看出,在整 " \, k& v# C3 u# }4 z
个水洗过程中,老化程度呈上升的趋势。山」几水洗 2 x& L6 E( Q$ B( Q
温度高,不但颗粒内部一次粒子长大,目_颗粒间特 ) _! A: @+ m5 a" |" l4 y7 x0 |
别是胶粉粒子间亦有‘长大”的趋向,这就是水洗 # h/ V ]3 M& ?
温度高时,胶粉聚集处容易结块,胶球表而粘粉的
2 {" T& f# l% }7 I7 Q3 P又一主要原因。
* x9 w: }. Z" v4 A- a1 ~8 R @对于较粗孔径即介于粗细孔胶间如T3型胶
4 [ L5 X9 w, F* G5 \的生产,适中老化即可,有时为缓冲干燥过程中的 " r' M) |4 d! z; t0 o6 O$ M7 T
液体表而张力作用,水洗终了进行表而处理。山」几
1 \- [3 Y0 H W5 B1 u: I温度过高,时间过长,处理液的存在会使胶球变化
! N' ?. S3 I# ~5 c,因此处理液的应用要受干燥工艺条件的限制。
. v2 J3 @: R+ r2. 3干燥过程
1 C( `% f/ D5 @' i [: t) z干燥是在液体表而张力作用卜,使胶球颗粒 5 t2 T3 P) s8 | w
水分蒸发体积收缩,7{使一次粒子再度聚JI‘长 ; l4 C5 x3 u- o+ U
大”,达到深度老化的目的。细孔胶为了抑制老化 8 {, a9 D0 m. F6 Z. v1 `, s* l" c
程度,经常是通过控制进干燥时胶球中的含酸量达到日的。在生产实践中,粗细孔胶多在一般的高 & E/ k4 C% |& F5 y
温条件卜干燥。干燥温度越高,一次粒r聚7{的速 * g( Z4 L% n# U. S, g
度越大,孔径越大。焙烧扩孔就是这个道理。为制 $ b5 G1 C! t2 g5 p$ P
得孔烃收缩不大,甚至不缩孔的硅胶,常常采用降
w; g4 m, ^6 {- s/ S6 \低液体表而张力的方法达到日的。
2 L% G, a& @7 k! k! a2. 4成品胶质量参数指标与硅胶工艺特性的关 - [9 i E0 n0 N) J' V3 O* ~2 S
系 ( O: I% F. e2 B3 ~
硅胶的工艺特性决定了成品胶的质量参数指 ; W% B% X2 e( b7 v7 t
标,反过来成品胶的质量参数指标又要求一定的
: J; { x i( y; D+ E. b+ {+ q工艺特性控制。现就成品胶堆密度为例剖析一者
& @' v" r. o- I8 o的关系。堆密度是硅胶成品分析中的重要质量参
& {! F* Z5 n* E# Q4 Q/ Q T' l数之一,能直观Ifn简便的反应硅胶颗粒内部孔结
. R, S/ L6 o8 ~5 l& j9 H构的物理参数。硅胶是一种多孔性的固体颗粒,它
" `) R7 L6 W6 s的表观体积V u}实际山二部分组成,第一部分是 " v5 @' T2 d7 u- S3 F
硅胶颗粒内部实际的孔所,片的体积以V a}表示。
* W# _7 n$ ]- W D: |第_部分是堆积时颗粒之间的孔隙,以V },}表示。
5 ^* i: i6 q" d2 P7 v8 m4 C第二部分是硅胶肾架所具有的体积,以Vi。表示。 ' ^ Z1 O& M* j4 L! A
这样V u}-= V },}+ V a}+ V t,=,设n,为硅胶的质量,即 L/ o" D5 p# m9 c. o/ v$ `
得Pug-= m/V },'}+ V}}+ V i',=(有别」几硅胶密度Porgy= 1 v8 U% }2 E$ z" w* D/ c9 P
mlVa}+ Vi',=)。
3 {7 u' O) t/ R/ o; `. J2. 4. 1同等条件卜,一定孔体积的硅胶,对应一
( o$ d2 d2 ?: ]# e, ?9 T! J2 Y& L定的堆密度,A,T3,C二种类型胶的孔径、孔容依
$ f# \$ s) B8 v次增大,V u}则依次减小,这就是堆密度变成为区
# \+ h+ } h7 m2 N% [别A,T3,C二种类型胶的依据,即便是同一类型
- x2 A0 S3 q8 a7 B( }胶,堆密度的大小会粗略的判断硅胶颗粒内部的 " z a- D* \* A
孔结构。
8 h/ p- ]% M% h" S2. 4. 2一般情况卜,酸性成胶时,一次粒r小,聚
8 f8 s' E U. i6 V& q集成的凝胶颗粒的孔径小,同等条件卜,形成成品
, S$ A5 N2 e: D/ o2 I( C1 h- n硅胶的孔径亦小,一定体积硅胶的Va:就小,堆积 6 u/ E0 l, ?9 p, y
密度自然大,碱性成胶,堆密度则小。空气造粒时,
. n/ k+ k+ [1 `5 b5 b6 p若形成气泡胶,结构疏松,或因其它原因造成凝胶 1 E, x2 \ {+ m4 @7 ] e) K$ X2 J
一次粒r浓度降低等均会使成品胶的V a}增大,
9 m! g, B% O- L: |# o( p! d从Ifn使Par减小。
+ O/ X* X E& l. U0 S2. 4. 3洗胶条件影响成品胶的堆密度,例生产A
2 g) B7 J* y! O: ^# p型胶时,山」几洗胶介质一直为酸性,目_温度低,一
L) X+ h* N2 T$ B) ?) L/ A次粒r‘长大”的幅度小,即老化程度小,成品胶的 x7 Q! k) |( S$ M7 t7 I* X
V a}小,Pir自然大,含酸量不同,抑制老化的程度
g2 E. `( I ]7 L+ C, }" O亦不同,Pir也就不同。这就是洗胶过程中通过分
& G! G {. G. H8 _* f3 c阶段取样检测堆密度来分析各阶段老化程度的一 ; W3 u/ k& O6 o+ `
个主要依据。对」几粗孔胶的生产山」几采取了酸泡 / a- ?* x3 ^# P& E' ^4 t
前用碱性热水老化一段时间,JI目_高温热水洗涤,
: P3 d' c4 ^1 t* q$ s \- x' q% u有时还用氨水处理终l从胶等措施,因Ifn使得老化 " g7 k4 a8 n6 }! w! g5 ]
程度大,成品胶的孔体积增大,Pir则小。 |
|