Characterization of Silica Sol Particle Prepared by Sol-Gel Reaction from Sodium Silicate Solution

소디움실리케이트 수용액(水溶液)으로부터 솔-젤 반응(反應)에 의해 제조(製造)된 실리카 솔 입자특성(粒子特性) 고찰(考察)

Silica sol was prepared from the mixture of sodium silicate solution and oxidized silicate solution in which sodium had been removed by sol-gel process. The properties of sodium silicate solution and silicate solution thus prepared were characterized by yellow silicomolydate method. Moreover, the formation and growth of silica sol from sodium silicate solution was investigated. Sodium silicate solution with 2% of $SiO_2$ contains 95% of reactive silicate, and 50% of reactive silicate participates sol-gel reaction. From the results of FT-IR analysis, it was found that the intensity of silanol bond decreased and the intensity of siloxane bond increased with increasing reaction temperature. Zeta potential of silica sol prepared at each condition was -40~-60 mV and it could be known that silica sol in this study was well dispersed. The silica sol with 5~10 nm size could be prepared by heating the mixed solution of sodium silicate and silicate solution. And the silica sol grew into about 20 nm as silicate solution was added to silica sol solution.

소디움실리케이트 수용액으로부터 나트륨이온이 제거된 핵생성 산화실리케이트 수용액과 실리케이트 수용액을 pH 10~11로 조절하여 혼합한 다음, $20{\sim}80^{\circ}C$에서 솔-젤 반응하여 실리카 솔 입자를 제조하였다. 이 때 yellow silicomolybdate method를 이용하여 소디움실리케이트와 나트륨이온이 제거된 실리케이트 수용액의 특성과 이들 출발용액으로부터 솔-젤 반응에 의해 제조된 실리카 솔의 입자특성에 대하여 고찰하였다. $SiO_2$를 2 wt% 함유한 소디움실리케이트 수용액은 약 95% 이상의 반응성 실리케이트를 함유하며, 솔-젤 반응에 참여하는 반응성 실리케이트는 전체 실리카 기준 약 50% 정도이다. 반응온도가 증가함에 따라 silanol(Si-OH) 결합구조의 흡수피크 세기는 감소하고, siloxane(Si-O-Si) 결합구조의 흡수피크 세기가 증가하였다. 반응조건별로 제조된 실리카 솔 수용액의 zeta potential은 -40~-60 mV 범위로 분산성이 좋은 상태를 유지하였다. 실리카 솔 입자크기는 5~10 nm로 반응온도 증가에 따라 크기가 약간 감소하였다. 실리카 솔 제조 후, 2차 입자 성장을 위하여 실리케이트 수용액을 재 첨가하였을 경우에 실리카 솔입자 크기가 약 20 nm로 증가하였다.