胶生产的工艺特性及其工业应用
1引言
硅胶是具有二维空间网状结构的一氧化硅干
凝胶，属多孔性固体物质，孔分布范围广，具有很
大的比表而，表而覆盖有大量的硅烷醇基因匕
Si- OH)，具有一定的活性。
使它成为干燥剂、吸
附剂、催化剂及催化剂载体等，被广泛应用」几工业
生产中。
2工艺特性
硅胶的生产虽然大都经过凝胶、洗涤、干燥这
一共性，但具体到某一类型胶，又有工艺各异，相
互区别的个性。
2. 1凝胶造粒过程
凝胶造粒是硅胶生产的关键性步骤之一，是
指一定浓度的稀泡花碱液和稀硫酸在一定条件卜
充分反应形成溶凝胶溶液，达一定浓度后形成凝
胶颗粒。
凝胶颗粒的形状、大小等完全山用户的需
求及工艺生产能力决定，关」几成胶方法，日前多采
用空气造粒，粒度要求微细时，考虑到空气造粒的
难度，则大多采用反应罐凝胶造粒，例微粉硅胶的
生产。
凝胶所用的酸碱比例、浓度、温度及凝胶造
粒时间等是凝胶造粒过程的特定工艺参数。
2.1.1酸性成胶(酸碱比例问题)时，一次凝胶粒
r(相当少初级粒向小，聚集时易形成细孔结构
的硅胶;碱性成胶时，一次凝胶粒r大，聚集时易
形成粗孔性的硅胶。
这就是粗孔胶的生产优选碱
性成胶，细孔胶生产则优选酸性成胶的道理。
2.1.2酸碱浓度要适中。
酸碱浓度过高，一次凝
胶粒r较大，聚集时成为较粗孔径的硅胶，Ifn凝胶
溶液中一次粒I浓度也大，即凝胶网状结构的紧
密度增大，聚集时又易成为细孔，一者有相互抵消
的倾向。
再者，酸碱浓度过高，凝胶溶液的粘度增
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
限制。
2. 1. 3酸碱温度过高.酸碱反应的速度过快.Ifu
酸碱反应木身又是放热反应.一次粒r聚集时又
要放热.因此.使得一次粒r任曾大”.造粒速度减
慢.势必超出工艺要求范围.对造粒不利;酸碱温
度过低.一次粒r减小.易形成细孔.但山」几凝胶
溶液温度太低、粘度增加.同样也对造粒不利。
因
此酸碱温度也要适中。
2. 1. 4凝胶造粒时间是凝胶造粒过程中又一至
关重要的工艺参数。
是指从酸碱混合反应开始到
粒度凝胶形成为止所经历的时间.包括凝胶时间
与造粒时间。
凝胶造粒时间短.则可能使凝胶溶液
反应不充分或均匀度不够.使得一次粒r的浓度
分布不匀.形成局部凝胶或局部紧密堆积.这就产
生造粒过程中的汽泡胶.碎胶或胶球强度不够等
现象。
同时这也是造成胶球颗粒内部结构紊乱.孔
分布范围大的一个主要原因。
因此.在生产实践
中.对」几空气造粒.在工艺允许范围内.颗粒大的
胶.时间要尽量长.颗粒小的胶.时间则可适当短
些。
Ifn对」几在反应釜罐中凝胶造粒的特细微球硅胶.时间则要更长.目_要加搅拌。
2. 2洗胶过程
洗胶是硅胶生产中不可少的工艺过程.是为
了将粒状凝胶所形成的NazSO}洗掉,7{将各阴
阳离r(主要为H十、N扩,SO呈一、Si0穿iY}r等)控制到工艺要求范围内。
同时.它也是一个调整颗粒
内部结构(即老化)的过程。
2. 2. 1交换吸附(即Na十与H十的交换)现象是
洗胶过程的木质特性之一。
酸泡过程是交换吸附
的主要过程.1}' a'与H十的交换多在这一过程完
成。
水洗过程的交换远未停止只不过是交换量越
来越小。
酸泡浓度、洗水介质、水洗温度是洗胶过
程的主要工艺参数，影响交换速度、数量等。
2. 2. 2成品硅胶的孔特性好大一部分是山洗胶
过程的老化决定的，而这一过程的老化程度取决
」几洗胶介质、温度。
洗胶介质、温度则是控制一次粒子增长幅度”的主要因素，即通过调整一次粒
子的增幅”达到调整孔结构的目的。
细孔胶的洗涤要求抑制老化，因此，在凝胶造
粒形成后即进行必要而短促的老化后就进行酸
泡，洗胶介质自始至终必须显酸性，因为酸性介质(即H十)能有效的抑制一次粒子的‘长大”，目_含
酸量的大小即决定了抑制老化程度的大小。
同时，
洗胶温度应低些，因为老化是个吸收能量的过程，
温度低、供能少，老化程度自然也小。
即细孔胶的
洗涤是通过抑制一次粒子的‘长大”，达到调整孔
结构的目的。
特别对」几孔结构要求严整(即孔分布范围小)目_堆密度又要求在一定范围的细孔胶的
生产，例如对于变压吸附COz专用细孔胶的生
产。
洗胶时洗水的含酸量、温度均要做出严格的要
求。
山」几细孔胶的洗涤温度低，交换速度慢，所以
洗涤时间要长些，但不能太大，时间太长，特别是
临近终l从时，反而加速老化。
粗孔胶的生产则要求促进老化。
遵循碱性介
质、高温热水促进老化的原则，采取在酸泡前加入
高温热水，目_设法使其显碱性，提高水洗过程中的
温度，7{在终l从结束时，加入一定浓度的氨水，以
增加0 H-离子的浓度等措施，促使一次粒子‘长
大”，扩大孔径，达到老化的目的。
不难看出，在整
个水洗过程中，老化程度呈上升的趋势。
山」几水洗
温度高，不但颗粒内部一次粒子长大，目_颗粒间特
别是胶粉粒子间亦有‘长大”的趋向，这就是水洗
温度高时，胶粉聚集处容易结块，胶球表而粘粉的
又一主要原因。
对于较粗孔径即介于粗细孔胶间如T3型胶
的生产，适中老化即可，有时为缓冲干燥过程中的
液体表而张力作用，水洗终了进行表而处理。
山」几
温度过高，时间过长，处理液的存在会使胶球变化
，因此处理液的应用要受干燥工艺条件的限制。
2. 3干燥过程
干燥是在液体表而张力作用卜，使胶球颗粒
水分蒸发体积收缩,7{使一次粒子再度聚JI‘长
大”，达到深度老化的目的。
细孔胶为了抑制老化
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
温条件卜干燥。
干燥温度越高，一次粒r聚7{的速
度越大，孔径越大。
焙烧扩孔就是这个道理。
为制
得孔烃收缩不大，甚至不缩孔的硅胶，常常采用降
低液体表而张力的方法达到日的。
2. 4成品胶质量参数指标与硅胶工艺特性的关
系
硅胶的工艺特性决定了成品胶的质量参数指
标，反过来成品胶的质量参数指标又要求一定的
工艺特性控制。
现就成品胶堆密度为例剖析一者
的关系。
堆密度是硅胶成品分析中的重要质量参
数之一，能直观Ifn简便的反应硅胶颗粒内部孔结
构的物理参数。
硅胶是一种多孔性的固体颗粒，它
的表观体积V u}实际山二部分组成，第一部分是
硅胶颗粒内部实际的孔所，片的体积以V a}表示。
第_部分是堆积时颗粒之间的孔隙，以V },}表示。
第二部分是硅胶肾架所具有的体积，以Vi。
表示。
这样V u}-= V },}+ V a}+ V t,=，设n，为硅胶的质量，即得Pug-= m/V },'}+ V}}+ V i',=(有别」几硅胶密度Porgy= mlVa}+ Vi',=)。
2. 4. 1同等条件卜，一定孔体积的硅胶，对应一
定的堆密度，A,T3,C二种类型胶的孔径、孔容依
次增大，V u}则依次减小，这就是堆密度变成为区
别A,T3,C二种类型胶的依据，即便是同一类型
胶，堆密度的大小会粗略的判断硅胶颗粒内部的
孔结构。
2. 4. 2一般情况卜，酸性成胶时，一次粒r小，聚
集成的凝胶颗粒的孔径小，同等条件卜，形成成品
硅胶的孔径亦小，一定体积硅胶的Va:就小，堆积
密度自然大，碱性成胶，堆密度则小。
空气造粒时，
若形成气泡胶，结构疏松，或因其它原因造成凝胶
一次粒r浓度降低等均会使成品胶的V a}增大，
从Ifn使Par减小。
2. 4. 3洗胶条件影响成品胶的堆密度，例生产A
型胶时，山」几洗胶介质一直为酸性，目_温度低，一
次粒r‘长大”的幅度小，即老化程度小，成品胶的
V a}小，Pir自然大，含酸量不同，抑制老化的程度
亦不同，Pir也就不同。
这就是洗胶过程中通过分
阶段取样检测堆密度来分析各阶段老化程度的一
个主要依据。
对」几粗孔胶的生产山」几采取了酸泡
前用碱性热水老化一段时间，JI目_高温热水洗涤，
有时还用氨水处理终l从胶等措施，因Ifn使得老化
程度大，成品胶的孔体积增大，Pir则小。