納米級二氧化矽

納米級二氧化矽是一種化學物質,分子式是SiO₂。

物質概述

由於納米二氧化矽(SiO₂)具有小尺寸效應 ,表面界面效應 、量子尺寸效應和巨觀量子遂道效應和特殊光、電特性 、高磁阻現象 、非線性電阻現象以及在高溫下仍具的高強、高韌、穩定性好等奇異性,納米二氧化矽可廣泛套用各個領域,具有廣闊的套用前景和巨大的商業價值。納米二氧化矽是套用較早的納米材料之一 ,關於納米SiO₂在橡膠改性、工程塑膠、陶瓷、生物醫學、光學、建材、樹脂基複合材料改性中的套用已有過許多報導,這裡重點介紹納米二氧化矽在其他領域的套用進展。

指標及套用

型號 外觀 粒徑 nm 含量 % 比表面積 m2/g PH 產品特性及套用
SP15 白色粉末 15±5 99.8 250±30 5-7 粒徑小,含量高,比表面積大,透明度高。
SP30 白色粉末 30±5 99.5 220±30 5-7 分散性好,穩定性高,觸變性好。
SP50 白色粉末 50±5 99.5 200±30 5-7 分散性好,穩定性高,觸變性好。
SP30T 塗料專用 白色粉末 30±5 99.5 150-300 5-7 分散性好,可很大地提高塗料的耐擦洗性、強度、硬度等。
SP30S 樹脂專用 白色粉末 30±5 99.5 150-300 5-7 有更好的分散性,能較大地提高樹脂的拉伸強度、衝擊強度、斷裂伸長率、熱穩定性等性能,保持透明度.
SR01 橡膠專用 白色粉末 30±5 99.5 150-300 5-7 表面羥基多,比表面積大。對橡膠有很好的補強作用。
SP30F 紡織專用 白色粉末 30±5 99.5 150-300 5-7 分散性好,活性高。有利於上漿,具有增強和增磨及減少毛羽效果。

套用領域

1 在塗料領域

納米二氧化矽(SP30)具有三維網狀結構 ,擁有龐大的比表面積 ,表現出極大的活性,能在塗料 乾燥時形成網狀結構,同時增加了塗料的強度和光潔度,而且提高了顏料的懸浮性,能保持塗料的顏色長期不退色。在建築內外牆塗料中,若添加納米氧化矽(SP30), 可明顯改善塗料的開罐效果,塗料不分層,具有觸變性、防流掛、施工性能良好,尤其是抗沾污染性能大大提高,具有優良的自清潔能力和附著力。納米SiO2還可與有機顏料配用 ,可獲得光致變色塗料,M.P .J .Peeters等用溶膠凝膠法合成了含納米二氧化矽(同VK-SP30)的全透明的耐溫塗料 H.Schmidt等合成了很厚的含納米SiO2的塗料,並耐高溫,在500℃下沒有出現裂縫,Fayna Mamme ri等合成了P MMA- SiO2納米塗料。明顯增強了塗料的彈性和強度。

納米氧化矽(同VK-SP30)具有常規SiO2所不具有的特殊光學性能,它具有極強的紫外吸收,紅外反射特性。經紫外一可見分光光度計測試表明,它對波長400nm以內的紫外光吸收率高達70%以上,對波長800nm 以外的紅外光反射率也達70%以上,它添加到塗料中能對塗料形成屏 蔽作用,達到抗紫外老化和熱老化的目的,同時增加了塗料的隔熱性, 徐國財等通過納米微粒填充法,將納米氧化矽作摻雜到紫外光同化塗料中,明顯地提高了紫外光固化塗料的硬度和附著力,還減弱了紫外光同化塗料吸收 UV輻射的程度, 從而降低了紫外光同化塗料的同化速度。

2 在粘結劑和密封膠領域

密封膠和粘結劑是量大、使用範圍廣的重要產品。產品粘度、流動件、舊化速度等 有嚴格要求。目前,國內高檔的密封膠和粘結劑都依賴進口。據介紹,國外在這個領域的產品已經採用納米材料作添加劑,而納米二氧化矽是首選材料。其作用機理是納米SiO2表面包覆一層有機材料,使之具有疏水特性,將它添加到密封膠中能很快形成一種網路結構,抑制膠體流動,同化速率加快,提高粘接效果,同時由於顆粒細小,更增加了膠的密封性。

3 在紡織領域

隨著科學技術的發展和人類生活水平的提高,人們對服裝提出了舒適、新穎、保健的要求,各種功能化的紡織品應運而生。在此,納米二氧化矽發揮了巨大的作用,目前,人們已將其套用到防紫外、遠紅外、抗菌消臭、抗老化等方面。例如,以納米二氧化矽(同VK-SP30F)和納米二氧化鈦(T25F)的適當配比而成的複合粉體是抗紫外輻射纖維的重要添劑,又如,日本帝人公司將納米二氧化矽(同VK-SP30)和納米ZnO(同VK-JS03)混人化學纖維中,得到的化學纖維具有除臭及淨化氣的功能,這種纖維可被用於製造長期臥床病人和醫院的消臭敷料、繃帶、睡農等。

4 在殺菌劑領域

納米二氧化矽具有生理惰性、高吸附性,在殺菌劑的製備中常用作載體,當納米SiO2作載體時,可吸附抗菌離子,達到殺菌抗菌的目的,在報導可用於冰櫃外殼、 電腦鍵盤等的製造。

5 在催化領域

納米二氧化矽的比表面積大 、孔隙率高、表面活性中心多,在催化劑和催化劑載體方面具有潛在的套用價值。以納米二氧化矽為基本原料,采和溶膠~凝膠技術,可製備含納米氧化矽(SP30) 的複合氧化物。此複合氧化物為催化劑載體時,對於許多結構敏感反應, 將顯示出獨特的反應性能。反應的催化活性高,選擇性好,反應中能長時間保持催化活性,Quan Zhang等以 ZrO/ SiO2為催化劑載體,用來催化異丙醇脫水,研究結果表明:反應副產物少,催化效率高,在最佳條件下,其選擇性可達 100%。目前,常規SiO2 ( 20 ~ 100um) 用作作催化劑載體實現工業化生產的報導較多,但納米二氧化矽(VK-SP30)在此領域實現大規模生產的報導並不多見,應積極開展這方面的研究。

6 在農業及食品領域

近來,已開發國家開發了納米二氧化矽的一些新的套用領域。如在農業中,用納米二氧化矽製作農業種子處理劑,可使蔬菜( 甘藍、西紅柿、黃瓜) 、棉花 、玉米、小麥提高產量 ,提前成熟期 。又如納米SiO2還可套用於除草劑和殺蟲劑中,若在顆粒狀的殺蟲刺配方中,加入少量納米氧化矽會有效地控制和防止有害物產生。

在食品行業中,納米氧化矽也有許多套用之處。如添加納米SiO2的食品包裝袋,對水果、 蔬菜可起到保鮮作用;套用納米氧化矽(同VK-SP30)於酒類生產中可起到淨化和延長保鮮期的作用;還可作防治水果、蔬菜各種疾病的高效殺菌劑。

7 在潤滑油添加劑領域

納米二氧化矽微粒表面含有大量的羥基和不飽和殘鍵 ,可以在摩擦副表面形成牢固的化學吸附膜,從而保護金屬摩擦表面,顯著改善潤滑油的摩擦性能。霍玉秋等發現,潤滑油的承載能力在加人納米SiO2後得到很大提高,當加入量為1.5時,PB值增大了近1倍,李小紅 等還發現,SiO2納米微粒作為潤滑油添加劑表現出優異的抗磨減摩性能,並對磨損表而起到一定的修復作用。

8 其他領域

納米氧化矽(SP30)具有高的表面能和吸附性質,有良好的穩定性及生物親和性,可作為新型感測器;利用納米SiO2無毒、無味、無污染以及耐蝕、可增強、增韌的特性,可大大地提高了人造牙齒的硬度及強度,也改善了其韌性。將納米二氧化矽(SP30)套用於電刷鍍工藝中,提高鍍層的力學性能、改善鍍層的微動磨損性能;納米SiO2可用於油墨中作為分散劑和流量控制劑;在護膚產品、電子組裝材料、隔熱材料等方面都有著重要的套用,甚至能節約能源、保護環境。

展望

納米二氧化矽(SP30)作為納米材料家族中的一員,對其開發具有重要的實際意義。我國納米材料的研究已取得許多成果,但納米SiO2的套用才剛剛起步,隨著對納米SiO2研究的深入,套用領域的擴寬,納米二氧化矽(SP30)會進一步工業化,納米二氧化矽(SP30)材料也必然引起更多的關注,必將開闢更加廣闊的套用前景。

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