Kolloidale Kieselsäure/Kieselsäurelösung der Säurereihe ist eine nanoskalige Silica-Partikeldispersion mit hoher Dispergierbarkeit und Stabilität. Es wird häufig im Präzisionsguss, in Katalysatorträgern, Beschichtungen, Keramikprodukten und in der Papierherstellung eingesetzt. Die Dispergierbarkeit von Kieselsol wirkt sich direkt auf seine Leistung und Wirkung bei der Anwendung aus. Daher ist es wichtig zu verstehen, welche Faktoren seine Dispergierbarkeit beeinflussen.

1. Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung
Die Partikelgröße von kolloidalen Siliciumdioxidpartikeln ist ein wichtiger Faktor bei der Bestimmung ihrer Dispergierbarkeit. Generell gilt: Je kleiner die Silica-Partikel im Silica-Sol sind, desto größer ist seine spezifische Oberfläche und desto höher ist seine Oberflächenenergie, sodass seine Dispergierbarkeit besser ist. Kleine und gleichmäßige Partikel können in der Lösung leichter voneinander getrennt werden und behalten einen guten Dispersionszustand bei. Wenn die Partikelgrößenverteilung ungleichmäßig ist, neigen größere Partikel zur Aggregation, was zu einer Verschlechterung der Dispergierbarkeit führt.
Die Faktoren, die die Partikelgröße beeinflussen, sind wie folgt.
Herstellungsmethode: Kieselsol wird üblicherweise nach der Sol-Gel-Methode hergestellt. Die Partikelgröße der Partikel kann durch Steuerung der Bedingungen der Hydrolysereaktion, wie Temperatur, pH-Wert und Reaktionszeit, eingestellt werden.
Partikelstabilisator: Während des Herstellungsprozesses trägt die Zugabe einer geeigneten Menge Stabilisator dazu bei, das Wachstum und die Aggregation der Partikel zu kontrollieren und so eine gleichmäßige Partikelgröße zu erhalten.

2. pH-Wert
Die Dispergierbarkeit von Kieselsol hängt eng mit dem pH-Wert der Lösung zusammen. Kieselsole der sauren Reihe zeigen eine gute Dispergierbarkeit bei niedrigeren pH-Werten. Der pH-Wert der Lösung beeinflusst die Ladungsverteilung auf der Oberfläche der Silica-Partikel, was wiederum die elektrostatische Abstoßung zwischen den Partikeln beeinflusst.
Unter sauren Bedingungen (pH 2–4): Die Oberfläche des Kieselsols ist positiv geladen, was zu einer Abstoßung zwischen den Partikeln führt und eine Partikelaggregation verhindert, sodass die Dispergierbarkeit gut ist.
Unter neutralen oder alkalischen Bedingungen: Mit steigendem pH-Wert nimmt die Ladung an der Oberfläche der Partikel ab, die elektrostatische Abstoßung wird schwächer und die Partikel neigen eher zur Aggregation, was zu einer Abnahme der Dispergierbarkeit führt. Daher sind Kieselsole der sauren Reihe in sauren Umgebungen normalerweise stabiler.

3. Ionenstärke
Die Ionenstärke ist ein weiterer wichtiger Faktor, der die Dispergierbarkeit von Kieselsolen beeinflusst. Die Ionenkonzentration in der Lösung beeinflusst den Ladungsabschirmeffekt auf der Oberfläche der kolloidalen Partikel. Wenn die Ionenkonzentration in der Lösung zunimmt, wird die Ladung auf der Oberfläche der Partikel teilweise neutralisiert, die elektrostatische Abstoßung wird geschwächt und die Partikel neigen eher zur Aggregation, was zu einer schlechten Dispergierbarkeit führt.
Geringe Ionenstärke: Bei niedriger Ionenstärke ist die elektrostatische Abstoßung auf der Oberfläche der Kieselsolpartikel stark, die Partikel können nicht leicht miteinander in Kontakt kommen und eine gute Dispergierbarkeit bleibt erhalten.
Hohe Ionenstärke: In Lösungen mit hoher Ionenstärke wird die Ionenabschirmwirkung verstärkt, die elektrostatische Abstoßung wird geschwächt, die Partikel neigen eher zur Aggregation und die Dispergierbarkeit ist schlecht. Daher ist es beim Auftragen von Kieselsol notwendig, die Ionenkonzentration in der Lösung zu kontrollieren, um eine Verschlechterung der Dispergierbarkeit aufgrund einer übermäßigen Ionenstärke zu vermeiden.

4. Temperatur
Auch die Temperatur hat einen gewissen Einfluss auf die Dispergierbarkeit von Kieselsol. Temperaturänderungen verändern den Bewegungszustand der Partikel im Kieselsol und die Viskosität der Lösung und wirken sich dadurch auf deren Dispergierbarkeit aus.
Niedrige Temperatur: Bei niedriger Temperatur ist die kinetische Energie der Partikel im Kieselsol niedrig, die Viskosität der Lösung hoch, die Partikel bewegen sich langsam und die Dispergierbarkeit ist schlecht. Langfristig niedrige Temperaturen können zur Partikelaggregation und Ausfällung führen.
Hohe Temperatur: Eine hohe Temperatur erhöht die kinetische Energie der Partikel und die Fließfähigkeit der Lösung, und die Dispergierbarkeit kann sich in kurzer Zeit verbessern. Wenn die Temperatur jedoch zu hoch ist, kommt es zur Agglomeration der Kolloidpartikel, wodurch die Dispergierbarkeit verringert wird . Daher trägt die Kontrolle des geeigneten Temperaturbereichs dazu bei, die Stabilität und Dispergierbarkeit des Kieselsols aufrechtzuerhalten.

5. Oberflächenmodifikator
Bei der Herstellung und Verwendung von Kieselsol werden häufig Oberflächenmodifikatoren oder Dispergiermittel zugesetzt, um dessen Dispergierbarkeit zu verbessern. Diese Zusatzstoffe können eine Schutzschicht auf der Oberfläche von Partikeln bilden, um direkten Kontakt und Aggregation zwischen Partikeln zu verhindern.
Oberflächenmodifikation: Durch chemische Modifizierungsbehandlung können spezifische funktionelle Gruppen wie Hydroxyl- und Carboxylgruppen auf der Oberfläche von Siliciumdioxidpartikeln eingeführt werden, um die Abstoßungskraft zwischen Partikeln zu verstärken und dadurch die Dispergierbarkeit zu verbessern.
Dispergiermittel: Dispergiermittel können die Wechselwirkungskräfte zwischen Partikeln wirksam reduzieren und die Dispergierbarkeit von Kieselsol in Lösungen verbessern, insbesondere in hochkonzentrierten Lösungen oder komplexen Umgebungen. Von besonderer Bedeutung ist die Rolle der Dispergiermittel.

6. Konzentration
Auch die Konzentration des Kieselsols ist ein entscheidender Faktor für die Dispergierbarkeit. Bei niedrigen Konzentrationen ist die Wechselwirkung zwischen kolloidalen Partikeln schwach, es gibt genügend Raum zwischen den Partikeln für die Dispersion und die Dispergierbarkeit ist gut. Bei hohen Konzentrationen wird jedoch der Abstand zwischen den Partikeln kleiner, die Kollisionshäufigkeit zwischen den Partikeln nimmt zu und es kommt leicht zu einer Aggregation, was zu einer verringerten Dispergierbarkeit führt. Daher muss in praktischen Anwendungen die Konzentration des Kieselsols entsprechend der spezifischen Anwendungsumgebung kontrolliert werden, um eine gute Dispergierbarkeit sicherzustellen.