コロイダルシリカ - 化学と性質

コロイダルシリカエマルジョンは、液体の低粘度エマルジョンです。コロイダルシリカは多くのグレードで入手可能ですが、すべてのコロイダルシリカ粒子は、サイズが約 2 nm から約 150 nm の範囲のコロイダルシリカ粒子で構成されています。

粒子は球形またはわずかに不規則な形状であり、個別の粒子またはわずかに構造化された凝集体として存在する可能性があります。それらは、製造プロセスに応じて、より狭い範囲またはより広い範囲の粒子サイズで存在することもあります。

分散液中のシリカの最大重量割合は、平均粒子サイズに基づいて制限されます。平均直径が小さい分散液は比表面積が大きく、低濃度の分散液に限定されます。逆に、平均直径が大きいエマルジョンは全体の比表面積が小さくなり、より高濃度のエマルジョンを使用することができます。

コロイダルシリカエマルジョンの外観は粒子サイズに大きく依存します。小さなシリコン粒子 (< 10 nm) の分散は通常透明です。中程度のサイズの分散 (10 ～ 20 nm) は、より多くの光が散乱されるにつれて不透明な外観を帯び始めます。より大きなコロイダルシリカ粒子 (>50 nm) を含む分散液は、通常白色です。

標準的なシリカゲル分散液は、pH 8 ～ 10.5 の範囲にわたってゲル化や沈殿に対して安定しています。これらのシリカゲルは塩基 (通常はナトリウム、カリウム、またはリチウム塩基) で安定化されるか、アンモニアで安定化されます。このような条件下では、粒子はマイナスに帯電します。過剰な電解質種 (ナトリウム、カルシウム、塩化物、リチウム、カリウム) を添加すると、分散液が不安定になることがあります。これらのコロイダルシリカ粒子は、シリカ粒子の表面層にアルミニウムを組み込んでアルミノケイ酸塩部位を形成することにより、さらなるアニオン電荷の安定化を実現します。

コロイダルシリカの低 pH バージョンも、カチオン性アルミナを粒子表面に吸着させることによって入手できます。これにより、アニオン種で安定化されたカチオン粒子 (通常は塩化物) が生成されます。これらのエマルジョンの pH は 4 以下で安定でした。完全に脱イオン化した分散によって低 pH シリーズも得られます。これらのシリーズは、安定化イオンが存在しなくても、pH 3 以下で安定です。

さらに、シランの表面修飾によってエマルジョンの安定性も改善できます。シラノール基は、孤立したシラノール基であってもよいし、シランジオール基（シランジオール基）またはフタル酸基であってもよい。これらのシランは、他の化学物質のグラフト化のための反応点を提供するだけでなく、凝集体やゲル構造の形成につながるシロキサン架橋の形成を物理的に防止し、それによって安定性を高めます。