【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硅酸钾溶液制备，特别是涉及一种高纯度高模数硅酸钾溶液及其制备方法。
技术介绍
1、高模数硅酸钾溶液是一种具有高硬度、高耐腐蚀性和高温稳定性的无机材料。较高的sio2和k2o的比例可以使硅酸钾分子之间的网络结构更加紧密，使得化学键更加牢固，从而能够提高涂敷后的表面硬度。此外，硅酸钾溶液的模数越高，溶液的化学稳定性、热稳定性和抗腐蚀性就越好，高模数的硅酸钾溶液能够耐受各种强酸强碱、高温以及热冲击等恶劣环境。
2、高模数硅酸钾溶液在建筑材料领域具有重要作用，它可以被用作添加剂，改善水泥和混凝土的性能，提高材料的强度和耐久性。其高模数特性使得水泥和混凝土更加坚固耐用，并能够抵御各种外部环境因素的侵蚀。此外，高模数硅酸钾溶液还在陶瓷、玻璃等行业中得到了广泛应用，它可以被用作烧结助剂，提高陶瓷和玻璃制品的密实性和强度，改善其耐火性和化学稳定性。高模数硅酸钾溶液的另一个重要应用领域是水性防腐涂料，传统的溶剂型防腐涂料含有挥发性有机化合物(vocs)，对环境和人类健康造成潜在威胁，而水性防腐涂料则以其无溶剂、低vocs排放等优势逐渐取代了传统涂料；其中，高模数硅酸钾溶液作为水性防腐涂料的关键组分之一，可以被用作增稠剂、粘合剂和增强剂，提高涂料的粘附性、流变性和耐久性。同时，由于其高模数特性，硅酸钾溶液能够形成一种牢固、耐久的涂层，进而可以有效地保护被涂敷物体的表面免受腐蚀和氧化，使得水性防腐涂料能够在建筑、船舶、桥梁等领域得到广泛应用，这对于提高基础设施的耐久性和安全性具有重要意义。
3、因此，亟需开发一种
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种高纯度高模数硅酸钾溶液及其制备方法。
2、本专利技术的另一目的在于提供一种上述制备方法制备的高纯度高模数硅酸钾溶液。
3、本专利技术是这样实现的，一种高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，包括以下步骤：
4、s1、称取125-625g的硅酸钾粉末和2.5-5.0l去离子水作为备用；在烧杯中加入60±2℃的去离子水，并将磁力搅拌子放入烧杯中；然后将称取好的硅酸钾粉末缓慢均匀地加入烧杯中，同时启动磁力搅拌器，设置搅拌速率为800-1500rpm，控制搅拌温度为60±2℃，搅拌时间为3～6h，直至硅酸钾粉末完全溶解，得到硅酸钾溶液；
5、s2、检测步骤s1得到的硅酸钾溶液的ph值，逐步添加稀释的酸或碱，使硅酸钾溶液的ph值达到10～11；
6、s3、将漏斗嵌入干净的聚丙烯窄口瓶中，再将孔径为2.5μm的聚丙烯过滤器放在漏斗中，确保聚丙烯过滤器均匀贴合于漏斗内壁；再将硅酸钾溶液倒入漏斗中，进行过滤处理，得到浓度为0.5-1.0m/l的硅酸钾溶液；
7、s4、选用玻璃材质的电解槽、平板状的铂阳极材料和不锈钢阴极材料，将步骤s3得到的0.5-1.0m/l硅酸钾溶液加入电解槽中，进行电解，控制电流密度在15-30ma/cm2，电解时间在4-6h，并保持电解温度处于70±2℃；电解期间，持续匀速加入120-500g纳米二氧化硅粉末，加入时间控制在4-5h，纳米二氧化硅粉末加入期间使用机械搅拌装置搅拌；之后使用自动控制系统连续监测和调节溶液的ph值，使溶液的ph值保持在10-11；
8、s5、电解完成后，断开电源；然后使用0.2-0.45μm孔径的过滤器将步骤s4得到的溶液过滤到玻璃广口瓶中，得到高纯度的硅酸钾溶液；然后将高纯度的硅酸钾溶液倒入聚四氟乙烯容器中，得到装有高纯度硅酸钾溶液的容器；
9、s6、将步骤s5得到装有高纯度硅酸钾溶液的容器放置于冷冻干燥机中的冷冻室中，调节温度在-40℃至-80℃之间，冷冻时间为2-8h；当溶液完全冷冻成固态后，启动冷冻干燥机的真空设备，逐渐降低冷冻室内的压力，并在抽真空期间，定期取样对硅酸钾溶液的模数进行检测，当硅酸钾溶液达到所需的浓缩程度后，停止冷冻干燥机的运行，关闭真空设备和其他设备，从冷冻室中取出容器，得到浓缩的硅酸钾溶液；
10、s7、将磁力搅拌子放入烧杯中，然后在烧杯中加入200-500g步骤s6得到的浓缩硅酸钾溶液，启动磁力搅拌器，进行初次搅拌，设置搅拌速率为800-1500rpm，搅拌温度为60±2℃，搅拌时间为3～6h；初次搅拌完成后，将磁力搅拌器的搅拌速度升高至4000～4500rpm，搅拌期间，向烧杯中持续滴入50-500ml、60±2℃的去离子水，使溶液处于稳定的涡流状态，并使用自动控制系统监测和调节ph值，使ph值始终保持在10-11之间；之后将100-800g的硅溶胶滴入烧杯中，同时继续向烧杯中第二次滴入100-250ml、60±2℃的去离子水，同时加入20-200g的甲基三甲氧基硅烷；待甲基三甲氧基硅烷滴入完成后，继续向烧杯中匀速加入15-30g的水溶性有机硅高分子树脂，同时继续向烧杯中第三次滴入100-250ml、60±2℃的去离子水，搅拌2-3h后，待硅酸钾溶液呈现半透明状，得到模数为5.5-8的高纯度高模数硅酸钾溶液。
11、优选的，步骤s1中，硅酸钾粉末的纯度不低于99.95％，模数为3.0-3.5，硅酸钾粉末的粒径介于5-15μm之间。
12、优选的，步骤s1中，硅酸钾溶液中，硅酸钾粉末与去离子水的质量比为1：8-20。
13、优选的，步骤s2中，稀释的酸或碱的浓度为0.1m/l，酸为盐酸，碱为氢氧化钾。
14、优选的，步骤s4中，纳米二氧化硅粉末的纯度为99.99％，粒径为20-80nm。
15、优选的，步骤s4中，电解使用的电源为直流电源。
16、优选的，步骤s4中，机械搅拌装置中，螺旋桨的材质由聚四氟乙烯(ptfe)和不锈钢组成，螺旋桨的搅拌速率控制在300-500rpm；自动控制系统包括用于监测溶液ph值的ph传感器、用于控制酸碱添加剂加入量的反馈控制装置和用于添加酸碱添加剂的酸碱添加装置。
17、优选的，步骤s6中，冷冻干燥机抽的真空设备为机械泵和扩散泵，抽真空时间控制在5-80min。
18、优选的，步骤s7中，硅溶胶、第二次滴入的去离子水和甲基三甲氧基硅烷的滴加时间分别控制在45-60min；水溶性有机硅高分子树脂和第三次滴入的去离子水的滴加时间分别控制在45-60min。
19、优选的，步骤s7中，浓缩硅酸钾溶液、硅溶胶、去离子水、甲基三甲氧基硅烷和水溶性有机硅高分子树脂在总溶液中的质量占比分别为30-80％、5.0-40％、5.0-30％、3.0-6.0％、0.5-1.5％。
20、本专利技术具有的优点和积极效果是：
21、(1)本专利技术公开了一种制备模数为5.5-8的高模数硅酸钾溶液的方法，整个工艺流程综合考虑了溶液的纯净度、均匀性和稳定性等因素，工艺简单，且制造成本较低，通过电解法制备硅酸钾溶液可以实现对反应过程的精确控制，可以控制反应速率和产物品质，整体可控本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤S1中，硅酸钾粉末的纯度不低于99.95％，模数为3.0-3.5，硅酸钾粉末的粒径介于5-15μm之间；
3.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤S2中，稀释的酸或碱的浓度为0.1M/L，酸为盐酸，碱为氢氧化钾。
4.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤S4中，纳米二氧化硅粉末的纯度为99.99％，粒径为20-80nm。
5.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤S4中，电解使用的电源为直流电源。
6.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤S4中，机械搅拌装置中，螺旋桨的材质由聚四氟乙烯(PTFE)和不锈钢组成，螺旋桨的搅拌速率控制在300-500rpm；自动控制系统包括用于监测溶液的pH值pH传感器、用于控制酸碱添加剂加入量的反馈控制装置和用于添加
7.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤S6中，冷冻干燥机抽的真空设备为机械泵和扩散泵，抽真空时间控制在5-80min。
8.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤S7中，硅溶胶、第二次滴入的去离子水和甲基三甲氧基硅烷的滴加时间分别控制在45-60min；水溶性有机硅高分子树脂和第三次滴入的去离子水的滴加时间分别控制在45-60min。
9.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤S7中，浓缩硅酸钾溶液、硅溶胶、去离子水、甲基三甲氧基硅烷和水溶性有机硅高分子树脂在总溶液中的质量占比分别为30-80％、5.0-40％、5.0-30％、3.0-6.0％、0.5-1.5％。
10.一种高纯度高模数硅酸钾溶液，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法制得。
...【技术特征摘要】
1.一种高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤s1中，硅酸钾粉末的纯度不低于99.95％，模数为3.0-3.5，硅酸钾粉末的粒径介于5-15μm之间；
3.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤s2中，稀释的酸或碱的浓度为0.1m/l，酸为盐酸，碱为氢氧化钾。
4.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤s4中，纳米二氧化硅粉末的纯度为99.99％，粒径为20-80nm。
5.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤s4中，电解使用的电源为直流电源。
6.根据权利要求1所述的高纯度高模数硅酸钾溶液的制备方法，其特征在于：步骤s4中，机械搅拌装置中，螺旋桨的材质由聚四氟乙烯(ptfe)和不锈钢组成，螺旋桨的搅拌速率控制在300-500rpm；自动控制系统包括用于监测溶液的p...
【专利技术属性】
技术研发人员：卫宇航，侯晋芳，刘爱民，
申请(专利权)人：中交天津港湾工程研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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