2022年我国硅溶胶行业技术现状趋势及主要竞争厂商分析

一、当前我国硅溶胶技术发展现状调研

目前国内硅溶胶生产采用两种方法：硅粉法和离子交换法，大部分生产厂商是采用离子交换法。

我国硅溶胶行业相关标准

资料来源：立鼎产业研究中心整理

——硅粉法

硅粉水解法是以工业硅粉为原料，在催化剂催化作用下加热，单质硅直接水解得到产品，未反应的硅粉通过压滤机过滤，得到最终产品。该方法制备工艺简单，设备要求低，污水排放量较少，成品中杂质含量少，产品指标易控制，但是原料成本高，产品收率较低，且生产过程中会产生氢气、一氧化碳等易燃易爆气体，此外用该法制备的硅溶胶通常颗粒间的界面不清晰，形貌为非球形且无法控制，通常只是被大量使用在铸造等行业，而在精密抛光等要求更高的领域无大建树。

——离子交换法

工业上的离子交换法通常是以水玻璃为原料，经离子交换反应、硅溶胶胶粒增长反应、超滤浓缩等步骤制备出不同规格硅溶胶产品。

该方法是将一定质量浓度的水玻璃在阳离子交换树脂中进行离子交换反应，去除水玻璃中的钠等金属阳离子杂质，制得聚硅酸溶液。将聚硅酸溶液用适量的烧碱或其他试剂作为稳定剂进行稳定化处理，将上步制得的溶液加热并保温静置一段时间，在溶液中逐渐形成晶核，用含晶核的溶液作为晶核长大的母液。在母液中以一定速率滴加聚硅酸溶液，控制滴加速率，加人的聚硅酸溶液中的被母液中的晶核表面吸合，有规则地生长在母液中的晶核上，制得胶粒粒径大小适宜，分布均勻的硅溶胶成品。完成结晶过程的硅溶胶所含含量较低，要采用超滤浓缩处理以提高硅溶胶中的百分含量。

二、中外硅溶胶技术差距及产生差距的主要原因剖析

——硅溶胶生产设备裝置的差距

大部分生产厂商自动化水平低。在近几年内新建，包括改建、扩建和迁建的企业十分重视技术装备、自动化程度和信息化管理水平等提升。但是大部分企业由于环保政策、区域空间布局变化、技术进步滞后、技术工艺和技术装备等勉强维持生产。日本已实现了生产管理的智能化。

——生产原料的差距

目前国内硅溶胶生产的原料硅酸钠纷杂，不溶固形物含量高，盐酸大部分采用的副产盐酸，生产使用的水有自来水、地下井水和地表水等，所以国内企业生产的硅溶胶质量不高，只能在精密铸造、耐火材料等行业上使用，不能满足其它行业的使用要求。

——硅溶胶检测手段的差距

国外生产企业的检测设备、检测方法都达到很高的水平，国内大部分硅溶胶生产企业检测设备较为落后。

——硅溶胶本身及应用方面研究的差距

1、对酸性硅溶胶稳定性的研究

如日产化学可以做出二氧化硅含量在30%、稳定期为1年的酸性硅溶胶，国内产品稳定性较为落后。

2、原料硅酸钠对硅溶胶生产影响的缺乏研究

国内硅溶胶生产企业对硅溶胶生产中使用的原料硅酸钠缺乏足够的重视，要想生产出高质量的硅溶胶必须要有高质量的原料，所以国内的硅溶胶大多档次低，只是满足精密铸造等行业的使用需求，大部分满足不了催化剂等行业的需要。

三、提高我国硅溶胶技术的对策

随着技术的进步，常规硅溶胶已经不能满足某些行业对硅溶胶的要求，为满足工业需求，某些特定指标的硅溶胶成为今后研究的目标和发展的方向，目前研究的主要有大粒径硅溶胶、改性硅溶胶、小粒径硅溶胶、快干硅溶胶、有机溶剂型硅溶胶、非球形硅溶胶等。

——大粒径硅溶胶

 粒径作为硅溶胶产品中的关键指标之一，不但影响着产品的浓度、稳定性，还直接影响到产品的功能。通常产品中胶粒粒径大于20nm的硅溶胶才能称为大粒径硅溶胶。大粒径硅溶胶具有庞大的比表面积(表面多介孔结构)、超强的吸附能力、较强的稳定性和粘结性能等特点，在精密铸造和防腐工业应用中，大粒径硅溶胶形成的膜不容易发生龟裂，硅溶胶胶粒粒径越大，硅溶胶附着在固体表面时的摩擦系数越大，从而改善了材料表面的耐磨性。通常胶粒粒径越大，硅溶胶的粘度越小，更有利于倾入、填充到多孔介质中，增大材料表面的光滑性和精密度，提高了材料的硬度和弹性模量等性能。此外，要制备高浓度、高稳定性、低粘度的酸性硅溶胶，也需要提高产品中二氧化硅颗粒的粒径，只有大粒径硅溶胶产品才能很好满足上述要求。

大粒径硅溶胶的应用非常广泛，例如，硅溶胶是集成电路平坦化过程中最重要的磨粒，大粒径硅溶胶可以提高平坦化速度，进而提高制造效率、增加产能。此外，用于硅晶圆抛光材料和半导体器件的化学机械抛光以及蓝宝石衬底材料等精密材料及器件的抛光液，为了拥有较高的切削率或研磨速度，往往需要粒径在50nm以上的硅溶胶。在造纸行业中使用大粒径硅溶胶作为粘结剂，使产品表面光滑，具有较高的稳定性和防滑性，并且打印性能优异。近年来，随着化学抛光、高技术陶瓷、无机涂料、催化剂制备等硅溶胶领域的蓬勃发展，大粒径硅溶胶的应用领域不断增加，其前景非常广阔。

——快干硅溶胶

硅溶胶作为粘结剂广泛用于铸造行业，普通硅溶胶作为粘结剂制壳时使用方便，配制涂料稳定性好、型壳性能好。但是，干燥过程中水分的蒸发使硅溶胶中的二氧化硅离子缩水后价键相互连接，使弥散的胶团产生凝胶。水分蒸发的速度直接影响涂层的干燥时间和干燥强度，因此，普通硅溶胶在使用中存在以下几个缺点:第一，干燥时间过长，湿强度建立慢且较低，制壳时间长，从而影响生产效率，增加生产成本。第二，普通硅溶胶制壳对环境的温湿度及风速有较严格的要求，温湿度及风速的变化，会引起面层涂料的裂壳、起皮等质量问题，而且型壳的强度不足直接影响铸件质量。第三，湿强度低，高温强度低。湿强度低不利于操作，高温强度低使型壳浇注后溃散性差，不利于清壳。与普通硅溶胶相比，快干硅溶胶在使用过程中能够促使二氧化硅胶团凝胶的水平衡点提高，浆料涂层在涂附砂料后，砂料的吸附促使其中的水分迅速外渗，使浆料层的水分达到凝胶的平衡点，开始形成凝胶，快速建立湿强度。因此，新型快干硅溶胶在应用中能使制壳的层间干燥时间缩短至1-2小时，实现快速干燥，且型壳性能好、高温强度效果较好，大大缩短了制壳时间，提高了生产效率。快干硅溶胶在铸造行业中拥有非常广阔的前景。

——改性硅溶胶

常规硅溶胶由于稳定性、粒径较难控制，故其作为原料在制备有关化工产品时，终端产物的韧性、稳定性等理化性能存在较多缺点。随着科技的快速发展和应用要求的不断提高，普通硅溶胶已无法满足市场需求，通过对硅溶胶进行一定程度的改进，可提升其原有性能，进而大幅提高其应用价值。常见的化学改性方法有金属离子改性、硅烷偶联剂改性。

用金属离子对硅溶胶表面进行改性，可有效改善溶胶的稳定性，制得高稳定性的硅溶胶。其中，研究较多的有铝改性、硼改性硅溶胶。由于带负电的无机微粒加人，使硅溶胶的电负性得到提高，故硅溶胶的稳定性大幅提高。

铝改性硅溶胶可用于造纸行业，1991年约翰逊等制备出一种铝改性硅溶胶，该硅溶胶的稳定性有较大提高，并具有较高的比表面积，而且粒径分布均匀，用于造纸工业可使则纸料的脱水速率明显提高，留着填料和细小纤维的性能也得到提升，制得的纸张厚度均匀、品质较高。

与铝改性硅溶胶类似，硼改性硅溶胶是硼酸盐溶于水后形成的氢氧化物离子与硅溶胶表面的硅经基反应而得的。硼改性硅溶胶比铝改性硅溶胶具有相对更高的电荷密度(负电性)，粒径更加细小均匀，并且具有相对更大的比表面积。马金霞等用硼化物对硅溶胶进行改性，改性后硅溶胶的综合性能相对最佳，可用于造纸工业中微粒助留、助滤体系，并且性能优于进口同类产品。同时，证明了硼改性硅溶胶在造纸工业中的性能优于铝改性硅溶胶。随着研究的不断深人，可用于硅溶胶改性的金属离子种类会越来越多，金属改性硅溶胶的应用领域也将更加广阔。

硅烷偶联剂改性:无机材料具有高强度、高硬度和良好的耐老化性能等优点，但存在质脆、韧性差和表面功能基团相对单一等缺点;有机材料通常具有良好的弹性、韧性和可加工性等优点，但存在不耐高温、抗老化性能差和耐溶剂稳定性欠佳等缺点。通过硅烷偶联剂将硅溶胶进行改性(使无机Si和有机组分进行链接)，从而有效防止了硅溶胶粒子的团聚，制得的有机一无机杂化材料兼具有机、无机材料等优点，甚至产生了单一材料所不具备的新性能(可满足某些特殊的使用要求)。硅烷偶联剂改性硅溶胶目前已广泛应用于涂料、分离膜及纳米复合材料等领域。

——小粒径硅溶胶

硅溶胶根据其粒径范围的不同而应用于不同的领域，其中小粒径硅溶胶(粒径小于10纳米)因为二氧化硅纳米粒子非常小，因而干燥后其粒子之间的结合力非常强，成膜性非常好，在无机涂料、造纸、电镀、金属表面处理等领域有广泛的用途。

硅溶胶在生产过程中，二氧化硅颗粒都是由小变大的过程，但是由于小颗粒二氧化硅易受温度、溶液OH-浓度影响而聚合成较大颗粒的二氧化硅，从而使得颗粒之间不均匀聚合而导致粒径分布不均、形状不规则，从而使得溶液外观透明度下降、粘度升高，粒径不均匀。目前国内市场上的小粒径硅溶胶产品，虽然平均粒径低于10纳米，但是由于粒径不均匀，粒径分布较宽，通常在5一30纳米，不能满足某些行业的要求。因此，硅溶胶的粒径控制及其胶粒结构的研究，成为当前硅材料研究的热点之一。为得到粒径均匀的小粒径硅溶胶，可通过添加阻聚剂的方法来实现，生产过程中通过添加阻聚剂，可阻止硅溶胶粒径的增长，达到制备小粒径硅溶胶的目的，使硅溶胶的粒径均匀稳定地小于10纳米，最终得到粒径均匀、粘度较低的小粒径产品。

——有机溶剂型硅溶胶

硅溶胶按照溶剂性质的不同可分为水性硅溶胶和有机溶剂硅溶胶，有溶剂型硅溶胶，是通过化学方法将纳米二氧化硅微粒在各类有机溶剂中均匀分散形成的胶体溶液。在有机溶剂硅溶胶体系内，二氧化硅颗粒分散均匀，不会有团聚现象，整体呈透明状。

有机溶剂硅溶胶主要用于形成透镜、瓶、膜、片等合成树脂成型体表面的硬涂膜。液晶显示材料、镜片及电器制品等这类产品的表面涂膜不但要求有高的抗划伤性能还应具有拒水拒油的特性，因此需要具有特殊用途的有机溶剂硅溶胶。

——非球型硅溶胶

非球型硅溶胶主要用于CMP技术抛光领域。目前，用于CMP研磨抛光工艺中的抛光液均采用球型硅溶胶磨料，球型硅溶胶磨料能够有效地解决气相二氧化硅作为磨料时产生的划痕、波纹和清洁问题，但抛光速率低。增加CMP抛光液中球型粒子的浓度能够提高抛光速率，但会增加原料成本、清洁费用和废抛光液的处理费用等。

为克服现有技术中的不足，国内外开展了非球形硅溶胶的研究工作。改变硅溶胶的形貌，将抛光液中传统的球型硅溶胶磨料换为非球形硅溶胶能够

有效地提高抛光速率，这主要是因为非球型磨料的滑动摩擦系数要高于球形磨料的滚动摩擦系数。如专利文献CN101747841A中公开了一种含有二聚哑铃型和/或多聚链型二氧化硅溶胶研磨颗粒的化学机械抛光液，相比于球型单分散硅溶胶颗粒作为磨料的抛光液，对介质材料的抛光效果具有更高的去除速率，抛光后的晶圆表面管解读和平坦度较好，能够满足各种工艺条件下对介质材料表面的要求。

五、国内硅溶胶行业主要生产商

国内硅溶胶行业主要生产商如下：

我国硅溶胶行业主要生产厂商

资料来源：立鼎产业研究中心整理