Kolloidales Siliciumdioxid - Chemie und Eigenschaften

Kolloidale Kieselsäureemulsion ist eine flüssige Emulsion mit niedriger Viskosität. Kolloidales Siliciumdioxid ist in vielen Qualitäten erhältlich, aber alle kolloidalen Siliciumdioxidpartikel bestehen aus kolloidalen Siliciumdioxidpartikeln mit einer Größe von etwa 2 nm bis etwa 150 nm

Die Partikel können kugelförmig oder leicht unregelmäßig geformt sein und als einzelne Partikel oder leicht strukturierte Aggregate vorliegen. Abhängig vom Verfahren, mit dem sie hergestellt wurden, können sie auch in einem engeren oder größeren Partikelgrößenbereich vorliegen.

Der maximale Gewichtsanteil an Kieselsäure in der Dispersion ist durch die durchschnittliche Partikelgröße begrenzt. Dispersionen mit kleineren mittleren Durchmessern haben größere spezifische Oberflächen und sind auf Dispersionen mit niedriger Konzentration beschränkt. Umgekehrt hat eine Emulsion mit einem größeren durchschnittlichen Durchmesser eine kleinere gesamte spezifische Oberfläche und es kann eine Emulsion mit höherer Konzentration verwendet werden.

Das Aussehen kolloidaler Kieselsäureemulsionen hängt weitgehend von der Partikelgröße ab. Dispersionen kleiner Siliziumpartikel (< 10 nm) sind normalerweise klar. Mittelgroße Dispersionen (10–20 nm) beginnen mit zunehmender Lichtstreuung ein undurchsichtiges Aussehen anzunehmen. Dispersionen, die größere kolloidale Siliciumdioxidpartikel (>50 nm) enthalten, haben normalerweise eine weiße Farbe.

Standard-Kieselgeldispersionen sind über einen pH-Bereich von 8 - 10,5 stabil gegen Gelierung und Ausfällung. Diese Kieselgele sind mit einer Base (normalerweise einer Natrium-, Kalium- oder Lithiumbase) oder mit Ammoniak stabilisiert. Unter diesen Bedingungen sind die Teilchen negativ geladen. Dispersionen können durch Zugabe überschüssiger Elektrolytspezies (Natrium, Calcium, Chlorid, Lithium, Kalium) destabilisiert werden. Diese kolloidalen Silica-Partikel erreichen eine zusätzliche anionische Ladungsstabilisierung, indem sie Aluminium in die Oberflächenschicht der Silica-Partikel einbauen, um Aluminosilikatstellen zu bilden.

Durch Adsorption von kationischem Aluminiumoxid auf der Partikeloberfläche ist auch eine Version von kolloidalem Siliciumdioxid mit niedrigem pH-Wert erhältlich. Dadurch entstehen kationische Partikel (normalerweise Chlorid), die mit einer anionischen Spezies stabilisiert werden. Der pH-Wert dieser Emulsionen lag stabil unter 4. Niedrige pH-Wert-Reihen können auch durch vollständig entionisierte Dispersion erreicht werden. Diese Serien sind unterhalb von pH 3 stabil, ohne dass stabilisierende Ionen vorhanden sind.

Darüber hinaus kann durch Oberflächenmodifizierung des Silans auch die Stabilität der Emulsion verbessert werden. Bei den Silanolgruppen kann es sich um isolierte Silanolgruppen, aber auch um Silandiolgruppen (Silandiolgruppen) oder Phthalsäuregruppen handeln. Diese Silane stellen nicht nur reaktive Stellen für die Anbindung anderer Chemikalien bereit, sondern verhindern auch physikalisch die Bildung von Siloxanbrücken, was zur Bildung von Aggregaten oder Gelstrukturen führt und dadurch die Stabilität erhöht.