摘 要

硅溶胶具有许多优良性质，如大比表面积、高吸附性、高分散度、良好的耐热性和绝缘性，以及较强的抗氧化性等。硅溶胶作为一种重要的无机高分子材料，在广泛应用。但是由于科学技术日益发展和应用技术的不断进步，单一的硅溶胶已不再满足现今应用的需求。且普通硅溶胶中的纳米SiO₂粒子表面存在大量羟基，表面能较大，不能满足一些特殊领域的应用需求，因此需要对硅溶胶进行表面改性。经表面改性之后的硅溶胶可弥补普通硅溶胶存在的缺陷，且能够增加与有机物的相容性，增强反应活性，从而有效地改善材料的力学、光学及电学等性能，拓展了其应用范围。

论文通过聚丙烯酰胺(PAM)与硅溶胶的物理共混制备了PAM改性硅溶胶。研究了PAM的种类，PAM的含量，以及硅溶胶的二氧化硅质量分数对PAM改性硅溶胶性能的影响。通过各组改性硅溶胶的波美度、粘度以及粒径的分析与表征，实验结果表明，硅溶胶的粘度与粒径随着PAM用量的增加而增大。阴离子聚丙烯酰胺(APAM) 增粘效果最佳，阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)次之，而非离子聚丙烯酰胺(NPAM)最差。PAM改性硅溶胶最佳PAM含量为0.05-0.15%，该工艺条件得到的改性硅溶胶粘度范围为3-10mm/s²，是一般工业用硅溶胶的粘度范围。

关键词： 硅溶胶；改性硅溶胶；聚丙烯酰胺；聚合物改性

Abstract

Silica sol has many prominent properties, such as large special surface, high absorption, high dispersion, good heat resistance and insulation, and strong oxidation resistance. As one of the important inorganic polymers, it has been widely used in many fields, including chemical industry, casting industry, textile industry, paper industry, building industry, electronic industry and so on. With the development of science and technology, silicon sol can not meet the current demand. Besides, there are amounts of hydroxyl groups on the surface of SiO₂ particles with high surface energy, so the application of silica sol is limited in many special fields. It is necessary that the surface of silica sol is modified. After surface modification, silica sol can make up for the defects of the ordinary silica sol, and increase the compatibility with organic matter and the enhancement of reactivity, so as to improve the material's mechanical, optical and electrical properties, and extended the its scope of application. 

PAM modified silica sol was obtained by physical blending of polyacrylamide (PAM) and silica sol. We research the effects of PAM types, PAM content, and silica content on the properties of PAM modified silica sol. Through analysis and characterization Baume, viscosity and particle size of PAM modified silica sol，the experimental results show that silica sol viscosity and particle diameter increases with increasing dosage of PAM. Anionic polyacrylamide (APAM) has the best effect on increasing the viscosity, and the cationic polyacrylamide (CPAM) is the second, and the non - ionic polyacrylamide is(NPAM) the worst. The best PAM content of PAM modified silica sol was 0.05-0.15% , The viscosity range of modified silica sol obtained by this process is 3-10mm/s² which is the general industrial silica sol viscosity range.

Key words: silica sol; modified silica sol;polyacrylamide; polymer modification

目 录

摘 要 II

Abstract III

目录 IV

第一章 绪论 5

1.1 硅溶胶的基本结构与性质 5

1.2 硅溶胶的制备方法 5

1.2.1单质硅溶解法 6

1.2.2离子交换法 6

1.3 硅溶胶的特点及其应用 7

1.3.1 硅溶胶的性能特点 7

1.3.2 硅溶胶的应用 7

1.4 硅溶胶的改性 8

1.4.1 无机离子改性 9

1.4.2 聚合物改性 10

1.5 聚合物改性硅溶胶研究进展 10

1.6 聚丙烯酰胺的基本性质 11

1.7 论文目的、意义及内容 12

1.7.1 论文目的及意义 12

1.7.2 论文研究内容 12

第2章 聚丙烯酰胺改性硅溶胶的制备 12

2.1 实验部分 12

2.1.1 实验药品 12

2.1.2 实验仪器 13

2.1.3 通过物理共混法制备聚丙烯酰胺改性硅溶胶 13

2.1.4 聚丙烯酰胺改性硅溶胶波美度的测定 14

2.1.5 聚丙烯酰胺改性硅溶胶粘度的测定 14

2.1.6 聚丙烯酰胺改性硅溶胶粒径的测定 14

2.2结果与讨论 14

2.2.1 聚丙烯酰胺改性硅溶胶波美度变化的分析 14

2.2.2 聚丙烯酰胺改性硅溶胶粘度变化的分析 15

2.2.3 聚丙烯酰胺改性硅溶胶粒径变化的分析 18

第3章 结论 19

参考文献 20

致 谢 22

第一章 绪论

1.1 硅溶胶的基本结构与性质

硅溶胶是SiO₂水溶胶和硅酸水溶胶的简称，是由水化纳米级SiO₂微粒在水中或有机溶剂中均匀扩散形成的胶体溶液。硅溶胶是一种用途极为广泛的无机高分子材料，最早由Schwinn^[1]在1915年制备。硅溶胶外观为乳白色半透明的胶体溶液，无臭、无味、无毒，通常分成碱性与酸性两大类。其中碱性硅溶胶较为稳定，因此占比例也比较多。在这两类中又可按实际应用方向和SiO₂浓度进一步分成若干品种。硅溶胶的分子式为SiO₂·mH₂O，其胶团结构可以通过下图中的化学式表示^[2]:

图1.1 硅溶胶的胶团结构