硅溶胶产品热点研发和应用方向探讨
中国科学院上海应用物理研究所 许念强
硅溶胶系无定性二氧化硅聚集颗粒在水中均匀分散形成的胶体溶液，根据pH值范围可分为酸性、碱性和中性
硅溶胶。由于硅溶胶中二氧化硅粒子具有较大的表面活性，经过表面改性又能与有机聚合物混溶，因此被广泛用于
有机及无机材料粘结剂中，用于涂料、精密铸造、耐火材料以及电子工业等行业。
目前，国内拥有数百家硅溶胶生产企业，规模大小不一，产量从几百吨到数万吨不等。主要产品为常规颗粒的
普通硅溶胶，被用于精密铸造、化工、涂料等行业，可替代先导材料水玻璃，市场需求量很大。近年来，国内企业
又陆续开发了其他硅溶胶产品，如低钠硅溶胶、快干硅溶胶、高浓度（40% 以上）硅溶胶、酸性硅溶胶、中性硅溶
胶等。但这些产品往往因为应用研究不够深入、市场不成熟、规模小等原因，产量和销量情况并不理想。作者在对
国外产品的考察中发现，许多具有高附加值、高技术含量的系列硅溶胶产品正得到越来越广泛的应用，国内企业应
关注此类硅溶胶的发展。
1. 大颗粒硅溶胶
大颗粒硅溶胶是指颗粒分布在20nm以上，甚至达到100nm以上的硅溶胶产品。此类产品目前已经大量用在半
导体、金属、玻璃、树脂等材料的表面抛光上。通过普通硅溶胶的生产设备，采用常压滴加工艺，可以制备20～
40nm的稍大颗粒的硅溶胶产品。但在抛光领域里，为了拥有较高的切削率或研磨速度，往往需要颗粒在50nm甚至
100nm以上的硅溶胶产品。目前国内也出现了一些生产大颗粒硅溶胶的企业，如天津的晶岭电子、西立卡等，其产
品颗粒分布达到了40～70nm，甚至100nm以上。但这些专门生产研磨抛光硅溶胶的企业，仍然存在生产成本过高、
蒸汽能耗较大、颗粒分散度不佳等问题。在微电子行业芯片抛光、硬盘抛光、半导体硅晶片精抛光等高端行业，国
内仍以进口硅溶胶为主。由于大颗粒硅溶胶系列产品附加值较高，发展空间很大，建议国内硅溶胶行业重点关注。
表１为某些国内外企业大颗粒硅溶胶产品介绍。
表1 国内外企业大粒硅溶胶产品简介
企业及产品型号 SiO2含量/% 颗粒分布/nm pH值 比重 外观
Snowtex系列 20～21 40～50 9.5～11.0 1.12～1.14 乳白色
20～21 40～50 2.0～4.0 1.12～1.14 乳白色
40～41 70～100 9.0～10.0 1.29～1.32 乳白色
GRAE Davison LUDOX? 40～41 20～25 9.0～10.0 1.38～1.42 半透明
40～41 50～60 9.0～10.0 1.38～1.42 乳白色
AKZO NOBEL NYACOL?誖 40 20 10.0 1.3 半透明
50 100 9.0 1.4 乳白色
国内某企业 30～31 20～30 9.0～10.0 1.20～1.21 半透明
40～60 乳白微透明
70～100 乳白色
130～160 乳白色
2. 高纯电子级硅溶胶
不同的行业对高纯度硅溶胶有不同的指标要求。在应用过程中，高纯硅溶胶中某个杂质的含量指标往往对应用
效果起着决定性的作用。比如，在微电子行业，碱性金属离子（Na、K等）、重金属离子等的含量对电子器件性能
及其使用寿命的影响非常大。尤其是Na、K金属离子，其纯度往往要求达到ppb级别。
高纯度硅溶胶主要有低碱金属型、低重金属离子型、低阴离子型等几种。低碱金属型的硅溶胶，如Na、K离子
含量在500ppm以下的硅溶胶，可以用于硅片、玻璃、金属等材料的抛光；而微电子行业电子器件等材料的抛光，
要求高纯度硅溶胶中碱金属离子Na、K的含量达到ppb级别。目前，国内用于微电子行业的低碱金属型高纯度硅溶
胶基本上依靠进口。低重金属离子的硅溶胶，如低Fe、Cu、Cr等含量的高纯度硅溶胶主要应用在显示器、高档蓄
电池等特殊行业中，这些行业对金属Na、K等的含量却不做严格的要求。目前，国内高纯硅溶胶产品主要有氨型、
酸性等低钠型硅溶胶，还有部分企业可以生产出钠含量在60ppm甚至1ppm以下的高纯度硅溶胶，但在提高产品纯
度的同时，尚需要同步在提高颗粒大小、降低成本上多下功夫，高纯度、大颗粒、低成本的硅溶胶产品才有更大的
市场空间。
3. 超细颗粒硅溶胶
硅溶胶系列产品中，有一种颗粒大小在5nm左右的超细硅溶胶，其应用效果在某些领域是其他产品难以替代的。
日本的Si550即属此类产品，其常规指标为：颗粒大小5nm，pH值在10.0以上，浓度20%，外观为无色透明的溶
液，已经大量应用于造纸、钢材表面处理等领域，国内钢铁企业也在大批量使用该产品。目前国内企业生产的超细
硅溶胶产品还存在较多问题，如颗粒无法精确控制、稳定性和外观无法达标等，所以此类产品基本依靠进口，这是
国内硅溶胶企业需要重点关注和投入研究的另一个较为重要的产品。
4. 高纯度高稳定性的酸性硅溶胶
将10nm的普通颗粒碱性硅溶胶进行酸化处理后，可制得酸性硅溶胶。但该方法制备的酸性硅溶胶仅能在pH
值为2～4的条件下呈亚稳定性，且稳定期仅有3～6月。而NISSAN公司的酸性硅溶胶SNOWTEX-C却具有很高的稳
定性，在pH值为2～7的范围内可以长时间稳定存在，稳定期达2～3年。
中国科学院上海应用物理研究所硅溶胶部门已研制出高透明、高纯度、高稳定性的酸性硅溶胶产品，目前已批
量生产，可替代日本进口产品。其浓度为30%的产品稳定性超过2年，且粘度、pH值等指标保持不变，近无色透明；
浓度在35%以上的产品可以稳定放置1年以上。该产品纯度高，阴离子含量在1ppm以下、重金属离子含量在10ppm
以下。
5. 造纸行业专用硅溶胶
目前，硅溶胶在造纸行业中的应用发展迅速。其中有两种类型的硅溶胶具有极高的附加值：一种是高比表面积、
超细纳米二氧化硅溶胶。如AKZO NOBEL公司型号为215的硅溶胶，该产品二氧化硅颗粒大小为4nm，比表面积高
达600～800m2/g。因为粒径非常小，所以具有很高的粘合强度、很强的凝聚能力；由于比表面积高，又具有防静
电能力强的特点。表2为AKZO NOBEL公司215产品指标。
另外一种在造纸行业中广泛用作助流剂，俗称“链状”硅溶胶。该产品的特点在于，二氧化硅颗粒呈链状结构。
一个大的颗粒团由若干个二氧化硅颗粒相互串联而成，颗粒大小一般在18～25nm，但长度达到100～200nm。日本
NISSAN公司的SNOWTEX-PS就属于此类产品，目前国内在这些方面的生产研究还近乎空白。
此外，硅溶胶行业还有很多系列的功能性产品，比如中性硅溶胶、有机溶剂型硅溶胶等在国外均已获得广泛使
用。然而，目前国内硅溶胶企业大批量生产使用的仍属于低端系列，由于恶性竞争、新产品研发生产投入不足等原
因，造成产品价格低廉、利润薄，在经济危机影响下，很多企业亏损甚至难以生存。增加对新产品研制开发的投入，
同时开拓新产品的应用领域是国内硅溶胶企业的发展出路。建议拥有较多市场信息的生产企业与在硅溶胶技术领域
有着深入研究的高校、科研院所紧密合作，尽快实现新旧产品的更新换代，在诸多领域替代进口，实现生产与研发
的双赢。
表2 AKZO NOBEL 公司215产品指标
SiO2含量/% 粒径/nm pH值 比重 粘度
15 4 11.0 1.1 5