Het sol-gel-proces is een veelzijdige productiemethode colloïdaal silica , waarbij de transformatie van een precursoroplossing (sol) in een gelachtig materiaal betrokken is. Hier is een stapsgewijze uitleg van het sol-gelproces voor de productie van colloïdaal silica:

1. Voorloperselectie:

Het proces begint doorgaans met de selectie van een siliciumhoudende precursor, gewoonlijk tetraethylorthosilicaat (TEOS) of natriumsilicaat. Er kunnen ook andere additieven worden toegevoegd om de reactie te controleren en de eigenschappen van het resulterende colloïdale silica te beïnvloeden.

2. Hydrolyse:

De gekozen precursor ondergaat hydrolyse, een reactie met water, waardoor de precursormoleculen in kleinere eenheden worden afgebroken. Deze stap resulteert in de vorming van silanolgroepen (Si-OH) in de oplossing.

Voorbeeldreactie:

\text{Si(OR)_4 H_2O} \rightarrow \text{Si(OH)_4 ROH}

3. Polycondensatie:

De silanolgroepen die in de hydrolysestap worden gevormd, ondergaan polycondensatie, waarbij ze zich verbinden en een driedimensionaal netwerk vormen. Dit proces leidt tot de creatie van grotere silicastructuren, waardoor het systeem overgaat van een oplossing (sol) naar een gel.

Voorbeeldreactie:

\text{2Si(OH)_4} \rightarrow \text{Si_2O_3 2H_2O}

4. Gelatie:

Naarmate de polycondensatie vordert, ondergaat het systeem gelering, waardoor de vloeibare sol in een gelachtige structuur verandert. Deze gel bevat een continu netwerk van silicadeeltjes.

5. Veroudering:

De gel mag gedurende een bepaalde periode verouderen of rijpen. Veroudering draagt ​​bij aan de ontwikkeling van de gelstructuur en kan de eigenschappen van het resulterende colloïdale silica beïnvloeden.

6. Drogen:

Na veroudering wordt de gel onderworpen aan drogen om de vloeibare fase te verwijderen. Dit kan worden bereikt door middel van verschillende droogmethoden, zoals drogen aan de lucht of drogen met superkritische vloeistoffen.

7. Calcineren (optioneel):

In sommige gevallen kan de gedroogde gel calcineren, een warmtebehandelingsproces. Door calcineren worden alle resterende organische componenten verwijderd en wordt het materiaal verder omgezet in een stabiel, hoogzuiver colloïdaal silica.

8. Controle van de deeltjesgrootte:

Gedurende het sol-gelproces kunnen de parameters zoals pH, temperatuur, concentratie en de keuze van additieven zorgvuldig worden gecontroleerd om de grootte en eigenschappen van de colloïdale silicadeeltjes te beïnvloeden.

9. Stabilisatie:

Om de colloïdale stabiliteit van de deeltjes te behouden, kunnen tijdens het proces stabilisatiemiddelen of oppervlakteactieve stoffen worden toegevoegd.

Het sol-gelproces biedt flexibiliteit bij het afstemmen van de eigenschappen van colloïdaal silica, inclusief deeltjesgrootte, oppervlakte en reactiviteit. Het wordt veel gebruikt in verschillende industrieën, waaronder coatings, katalysatoren, biomedische toepassingen en meer. Het vermogen om de syntheseomstandigheden te controleren maakt de productie van colloïdaal silica mogelijk met specifieke kenmerken die geschikt zijn voor diverse toepassingen.