納米二氧化硅的應(yīng)用淺析
劉濤(上海匯精亞納米新材料有限公司/鳳陽(yáng)匯精納米新材料科技有限公司)
納米二氧化硅是極具工業(yè)應(yīng)用前景的納米材料，它的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，幾乎涉及到所有應(yīng)用二氧化硅粉體的行業(yè)。 我國(guó)對(duì)納米材料的研究起步比較遲，直到“八五計(jì)劃"將“納米材料”列人重大基礎(chǔ)項(xiàng)目之后，這方面的研究才迅速開(kāi)展起來(lái)，并取得了令人矚目的成果。1996 年納米二氧化硅成功開(kāi)發(fā)來(lái)出來(lái),成為納米材料家庭的重要一員 , 從而使我國(guó)成為繼美、英、日、德國(guó)之后 ,國(guó)際上第五個(gè)能批量生產(chǎn)此產(chǎn)品的國(guó)家。納米二氧化硅的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。
一：在涂料領(lǐng)域
納米二氧化硅具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，擁有龐大的比表面積，表現(xiàn)出極大的活性，能在涂料干燥時(shí)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)增加了涂料的強(qiáng)度和光潔度，而且提高了顏料的懸浮性，能保持涂料的顏色長(zhǎng)期不退色。在建筑內(nèi)外墻涂料中，若添加納米二氧化硅，可明顯改善涂料的開(kāi)罐效果，涂料不分層，具有觸變性、防流掛 、施式性能良好，尤其是抗沾污染性能大大提高，具有優(yōu)良的自清潔能力和附著力。由于納米二氧化硅粒子比表面積大，能與聚合物分子產(chǎn)生強(qiáng)烈的交聯(lián)作用，同時(shí)由于納米二氧化硅尺寸較小，可以填充涂層中的孔隙 ，使涂層更加致密，大大提髙涂料的剪切力和剝離力，使涂層的附著力增大。并且納米二氧化硅的加人，使復(fù)合漆的腐蝕電位正移，陽(yáng)極腐蝕電流減小約2個(gè)數(shù)量級(jí)，涂層耐腐蝕性能顯著提高。將納米S i 02作為一種功能性組分加人到涂料體系中制成納米改性涂料，可以提高涂料的耐洗刷性、耐沾污性等性能并能賦予其抗菌、自潔等特殊的功能。納米氧化硅具有常規(guī)sio2 所不具有的特殊光學(xué)性能，它具有極強(qiáng)的紫外吸收，紅外反射特性。將納米sio2添加到涂料中，能有效降低涂料因紫外線和紅外線照射造成 的色差值，這是由于紫外線能對(duì)有機(jī)物中C -H 、C -C 、C -C 1等鍵以及具有鍵能的物質(zhì)產(chǎn)生破壞作用，而納米sio2 對(duì)紫外線有較高的屏蔽率，加入涂料可屏蔽紫外線，從而提高了外墻涂料的抗老化耐侯性。
二 ：在粘結(jié)劑和密封膠領(lǐng)域
在粘結(jié)劑和密封膠領(lǐng)域，納米二氧化硅是用量較大、使用范圍較廣的重要產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)高檔的密封膠和粘結(jié)劑主要依賴進(jìn)口。據(jù)介紹，國(guó)外在這個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品巳經(jīng)采用納米材料作添加劑，而納米二氧化硅是首選材料，其作用機(jī)理是納米二氧化硅表面包覆層有機(jī)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，抑制膠體流動(dòng)，固體速率加快，提高粘接效果，同時(shí)由于顆粒細(xì)小，更增加了膠的密封性。
三：在橡膠中應(yīng)用 作為補(bǔ)強(qiáng)劑、抗老化劑的納米二氧化硅應(yīng)用于橡膠制品，可提高橡膠制品的強(qiáng)度、提高韌性、防老化、抗磨擦著火、延長(zhǎng)壽命等功能。另外，還可用于制造透明膠鞋底，而該類產(chǎn)品以前全部依賴進(jìn)口。
四：在塑料中應(yīng)用：在塑料中加入納米二氧化硅可以提高塑料的韌性、強(qiáng)度、耐磨性、抗老化性及改善塑料的抗老化性能。如：用納米二氧化硅改性聚丙烯塑料(PP)而得到的高剛性、高韌性納米復(fù)合材料可制造汽車保險(xiǎn)杠；又如：在半透明的塑料薄膜中添加納米二氧化硅后，不但透明性、韌性、強(qiáng)度得到提高，且防水性、耐侯性能也大大增強(qiáng)；再如，將納米二氧化硅用于有機(jī)玻璃(PMMA)，可提高其強(qiáng)度、沖擊韌性、耐磨性、透光性、抗紫外線和防老化性能
五： 在紡織、領(lǐng)域
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類生活水平的提高，人們對(duì)服裝提出了舒適 、新穎保健的要求 ，各種功能化的紡織品應(yīng)運(yùn)而生。在此，納米二氧化硅發(fā)揮了巨大的作用，目前，人們已將其應(yīng)用到防紫外 、遠(yuǎn)紅抗菌消臭、 抗老化等方面。例如，納米二氧化硅和納米二氧化鈦的適當(dāng)配比而成的復(fù)合粉體是抗紫外輻射纖維的重要添劑。納米材料添加的纖維還有一重要特性，就是對(duì)人體紅外線有很強(qiáng)的吸收作用，這就可以增加保暖作用，減輕衣服的重量，用添加紅外吸收納米材料粉的纖維做成的衣服，其重量可減輕30%左右 。
六：在抗菌劑領(lǐng)域、催化領(lǐng)域
納米二氧化硅具有生理惰性、高吸附性，在殺菌劑的制備中常用作載體，當(dāng)納米sio2作載體時(shí)，可吸附抗菌離子達(dá)到、抗菌抗菌的目的在報(bào)道可用于冰箱外殼、電腦鍵盤等的制造。
納米sio2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而具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 以納米二氧化硅為基本原料，采用溶膠-凝膠技術(shù)，可制備含納米二氧化硅的復(fù)合氧化物 。此復(fù)合氧化物為催化劑載體時(shí)，對(duì)于許多結(jié)構(gòu)敏感反應(yīng)，將顯示出獨(dú)特的反應(yīng)性能。反應(yīng)的催化活性高，選擇性好，反應(yīng)中能長(zhǎng)時(shí)間保持催化活性 。 `
七： 在農(nóng)業(yè)及食品領(lǐng)域
近來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)發(fā)了納米二氧化硅的一些新應(yīng)用領(lǐng)域。如在農(nóng)業(yè)中，利用納米二氧化硅制農(nóng)業(yè)種子處理劑，可使蔬菜(甘藍(lán)、西紅柿、黃、棉花 、玉米 、小麥提髙產(chǎn)量，提前成熟期。如納米sio2可應(yīng)用除草劑和殺蟲(chóng)劑中，若在粒狀的殺蟲(chóng)刺配方中，加人少量納米二氧化硅會(huì)有效地控制和防止有害物產(chǎn)生。在食品行業(yè)中，納米氧化硅也有許多應(yīng)用 之如添加納米sio2的食品包裝袋，對(duì)水果 、蔬菜起到保鮮作用；應(yīng)用納米氧化硅于酒類生產(chǎn)中可到凈化和延長(zhǎng)保鮮期的作用；還可作防治水果 、菜各種疾病的髙效殺菌劑。
八： 在潤(rùn)滑油添加劑領(lǐng)域
在潤(rùn)滑油添加劑領(lǐng)域納米二氧化硅微粒表面含有大量的羥基和不飽鍵，可以在摩擦副表而形成牢固的化學(xué)吸附膜，而保護(hù)金屬摩擦表面，顯著改善潤(rùn)滑油的摩擦性能 。潤(rùn)滑油的承載能力在加入納sio2后得到很大提高，當(dāng)加人量為1 .5時(shí)，PB值增大了近1倍，sio2納米微粒作為潤(rùn)滑油添加劑表現(xiàn)出優(yōu)異的抗磨減摩性能，并對(duì)磨損表而起到一定的修復(fù)作用。 在潤(rùn)滑油添加劑領(lǐng)域在潤(rùn)滑油添加劑領(lǐng)域納米二氧化硅微粒表面含有大量的羥基和不飽鍵，可以在摩擦副表而形成牢固的化學(xué)吸附膜，而保護(hù)金屬摩擦表面，顯著改善潤(rùn)滑油的摩擦性能 。sio2納米微粒作為潤(rùn)滑油添加劑表現(xiàn)出優(yōu)異的抗磨減摩性能，并對(duì)磨損表而起到一定的修復(fù)作用。
九： 其他領(lǐng)域
納米氧化硅具有高的表面能和吸附性質(zhì)，有良好的穩(wěn)定性及生物親和性，可作為新型傳感器；利用納米sio2無(wú)毒sio2無(wú)味、無(wú)污染以及耐燭、可增強(qiáng) 、增韌的特性，可大大地提高了人造牙齒的硬度及強(qiáng)度，也改善了其SJ性。將納米二氧化硅應(yīng)用于電刷鍍工藝中，提高鍍層的力學(xué)性能 、改善鍍層的微動(dòng)磨損性能；納米sio2可用于油墨中作為分散劑和流量控制劑 ；在護(hù)膚產(chǎn)品、電子組裝材料、隔熱材料等方面都有著重要的應(yīng)用，甚至能節(jié)約能源、護(hù)環(huán)境。