納米二氧化硅的特性及其研究進展

1、納米二氧化硅的特性及其研究進展敖善世摘要：納米SiO2 是有硅或有機硅的氯化物高溫水解生成表面帶有羥基的超微細粉末，粒徑小于10nm,通常為2060nm ,化學(xué)純度高，分散性好，比表面積大。在化學(xué)工業(yè)中又稱為白炭黑， 是目前世界上大規(guī)模生產(chǎn)的產(chǎn)量高的一種納米粉體材料。納米二氧化硅無毒、無味、 無污染，具有表面能高及其吸附能力強等特異性優(yōu)點, 是優(yōu)質(zhì)的穩(wěn)定劑和融合劑.在電子、光學(xué)、 生化科學(xué)等都有著廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：納米二氧化硅；性質(zhì)； 制備； 應(yīng)用一、納米二氧化硅的性質(zhì)納米二氧化硅是納米材料中的重要一員，是一種外形為白色無定型粉末,無毒、無味、無污染的非金屬材料，其微結(jié)構(gòu)呈絮狀或網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒

2、結(jié)構(gòu)，為球形 .這種特殊的結(jié)構(gòu)使它具有獨特的性質(zhì)。納米二氧化硅對波長490nm以內(nèi)的紫外線反射率高達 70%80%,將其添加在高分子材料中，可以達到抗紫外線老化和熱老化的目的。納米二氧化硅的小尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)可以產(chǎn)生淤滲作用，可深入到高分子鏈的不飽和鍵附近，并和不飽和鍵的電子云發(fā)生作用，改善高分子材料的熱、光穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，從而提高產(chǎn)品的抗老化性和耐化學(xué)性。二氧化硅不但具有粒徑小、化學(xué)純度高、分散性好等特異性優(yōu)勢，還具有吸附性強、可塑性良好、同時具有高磁阻性和低熱導(dǎo)性的優(yōu)勢。納米二氧化硅的制備制備二氧化硅的工藝分為干法和濕法兩大類。干法制備的特點是其產(chǎn)品純度高 ,而且性能相對較好

3、,但是其所需設(shè)備要求高投資成本大、而且在生產(chǎn)實踐過程中能耗大.濕法制備應(yīng)用要求較低，所需原料普遍且價格低廉，所生產(chǎn)產(chǎn)品純度雖然比干法制備的低，但經(jīng)一系列的化學(xué)反應(yīng)改性后，性能與炭黑接近。無論是采用干法制備還是濕法制備我們所要達到的目的是生產(chǎn)出純度高、顆粒小、 分散性好的納米二氧化硅產(chǎn)品。1干法制備納米二氧化硅干法制備納米二氧化硅的原料通常使用無機硅或者鹵硅烷、氧氣（或空氣）和氫氣，經(jīng)高溫反應(yīng)進行制備，得到的是二氧化硅溶膠。干法的反應(yīng)式為SiC4+2h2+02-Si02+4HCl2CH3SiC3+502+2h2-2Si+6HCl+2C0+2H20這也是干法中常用的原料，通常還可以采用硅砂、焦炭電

4、孤加熱的方法、有機硅化合物熱分解法等等。主要的制備工藝流程為:將以上有機硅化合物與空氣、氫氣進行充分混合后,在高溫情況下水解，水解完全后再進行分離，將大的凝焦顆粒分離出來,脫酸得到氣相的二氧化硅，反應(yīng)式為：2H2+O2+硅化合物-氣相SiO2+4H+濕法制備納米二氧化硅濕法制備納米SiO2 一般分為沉淀法、 凝膠法以及水解法。生產(chǎn)中最常使用的方法是沉淀法。沉淀法即濕法，是可溶性硅酸鹽在酸性環(huán)境中被分解，所得產(chǎn)物中二氧化硅不溶?；瘜W(xué)反應(yīng)式為：NaSiO3+2HX SiO2+2NaX+H2O在濕法制備工藝中還有溶膠凝膠法。該方法是把硅酸酯、無水乙醇按照計算的摩爾比充分均勻混合制成混合溶液，在攪拌的

5、同時緩慢注入一定量的去離子水后， 調(diào)節(jié) pH 值 ,加入表面活性劑,室溫下攪拌/ 陳化制得凝膠，經(jīng)干燥得到納米二氧化硅粉體。有相關(guān)研究表明正硅酸乙酯使用堿做催化劑進行水解聚合反應(yīng)所制備的納米二氧化硅能在常溫下快速反應(yīng)，簡單易行且所得產(chǎn)品粒徑小分布均勻。隨著納米二氧化硅在各個行業(yè)的廣泛應(yīng)用，其研究和制備方法的更新正日益發(fā)展，故此新的合成手段和材料也將不斷的涌現(xiàn)出來。納米二氧化硅的改性作為新型無機非金屬材料納米二氧化硅的表面表現(xiàn)為親水性，根據(jù)相似相溶原理， 導(dǎo)致其與無機物配合時兼容性好，與有機物配合時表現(xiàn)差。當(dāng)其與有機物混合時配合率低、難分散。 為了增強其與有機物的兼容性，故對其進行表面改性。對納

6、米二氧化硅的表面改性主要分為熱處理方法和化學(xué)改性兩種。二氧化硅的表面改性對其表面的羥基進行處理，使其發(fā)生反應(yīng)以減少納米二氧化硅表面的親水基團硅醇基的量，使其由親水為主變?yōu)槭杷疄橹鳌?熱處理改性作為納米二氧化硅表面改性的主要手段之一，經(jīng)過熱處理后二氧化硅的表面親水性降低，吸濕能力下降，與其他無機親水性物質(zhì)兼容性也會下降，與有機物的兼容性增強，混合后分散性增強。此方法的應(yīng)用較為簡便且花費少經(jīng)濟，但是其對改善填充時界面的粘合性效果不好，因為經(jīng)過高溫加熱由氫鍵締合的相鄰羥基發(fā)生分子內(nèi)脫水使的羥基減少。因此在實際應(yīng)用中,常用含鋅化合物對納米二氧化硅處理后在進行熱處理。2化學(xué)改性為有效提高聚合物親和性以及

7、反應(yīng)活性，常常對納米二氧化硅表面進行處理， 由于其表面存在的活性硅醇基能與有機硅烷或者低碳醇、脂肪酸等有機物反應(yīng)，所產(chǎn)生基團具有多親油性，可以提高親和性和表面活性。四、納米二氧化硅的應(yīng)用由于納米二氧化硅具有吸附性強、可塑性良好、同時具有高磁阻性和低熱導(dǎo)性 .已被廣泛應(yīng)用于電子冶金、航空航天以及醫(yī)藥衛(wèi)生行業(yè)，而且因為其粒徑小、化學(xué)純度高、分散性好等特異性優(yōu)勢，使得其成為了最有發(fā)展前景的新型無機材料 .為很多相關(guān)行業(yè)的發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)材料基礎(chǔ)以及技術(shù)保障.其微結(jié)構(gòu)為球形以絮狀或網(wǎng)狀的準(zhǔn)顆粒狀，外形為白色無定型粉末，無毒、無味、無污染。它具有光學(xué)性能、抗老化性、耐化學(xué)腐蝕等化學(xué)特性.而且其具有粒徑小、

8、化學(xué)純度高、分散性好等特異性優(yōu)勢.其還具有吸附性強、可塑性良好、同時具有高磁阻性和低熱導(dǎo)性的優(yōu)勢。1納米二氧化硅應(yīng)用于抗菌領(lǐng)域納米二氧化硅具有很好的生理惰性、吸附性強、可塑性良好,抗老化性、耐化學(xué)腐蝕等化學(xué)特性。無毒、無味、無污染.因此在殺菌劑制備時可用作載體.將納米抗菌粉應(yīng)用于搪瓷釉料中，可生產(chǎn)出能夠高效防霉、抗菌的洗衣機.如將納米抗菌粉與內(nèi)墻涂料混合使用，可起到長久抗菌防霉功效。時代在進步，人們的健康意識不斷增強，因此納米抗菌粉將在醫(yī)療衛(wèi)生、建材、家電、化工纖維以及塑料制品等行業(yè)日益發(fā)展壯大。2納米二氧化硅應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域納米二氧化硅作為新型光纖材料能有效降低能量損耗.經(jīng)過熱處理后的納米二氧

9、化硅光纖材料對光的波長在600 納米以上的傳輸損耗小于10dB km。 納米微粒的膜材料在燈泡工業(yè)上有很好的應(yīng)用前景.用納米二氧化硅微粒制成的多層干涉膜， 襯在燈泡罩的內(nèi)壁，不但有好的透光率同時具有很強的紅外線反射能力。與傳統(tǒng)使用的鹵素?zé)粝啾?，其使用壽命更長，發(fā)光的效率也更高。納米二氧化硅應(yīng)用到橡膠方面橡膠本身是一種強伸縮性彈性體，但綜合性能并不怎么好，及時現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)中也要添加很多的輔助制劑對其勉強的改性，但是綜合強度還是不很高，而且品位檔次也一直上不去。而如果用納米二氧化硅作為補強劑即在普通的橡膠中添加少量的納米二氧化硅粉體，產(chǎn)品的強度，耐磨性和抗老化性等性能均達到或者超過傳統(tǒng)工業(yè)的高檔

10、橡膠制品，而且還能夠生產(chǎn)出色彩新穎，性能優(yōu)異的新一代輪胎制品，并且可以保證長期的不褪色不老化等一些優(yōu)異的性能。在不久的將來有望實現(xiàn)國產(chǎn)汽車，摩托車輪胎彩色化。納米二氧化硅在涂料中的應(yīng)用我國是涂料的生產(chǎn)和消耗的大國，但目前國內(nèi)所生產(chǎn)的涂料大多存在著性能不足、 致癌物質(zhì)含量高等一系列問題，從而使每年都要在國外進口大量的價格昂貴的稍微高檔一點的涂料。納米二氧化硅具有性能比表面積大，所以在納米二氧化硅涂料當(dāng)中，賦予了涂料防結(jié)塊、防流掛、消光、增稠等功能，在涂料方面的成功應(yīng)用，一改過去傳統(tǒng)涂料的各方面的不足，使過去的傳統(tǒng)的涂料工業(yè)發(fā)生了質(zhì)得飛躍，也脫了對國外涂料的長期進口的依賴，也能夠很好地促進國內(nèi)企業(yè)

11、得到長足的發(fā)展。納米二氧化硅在化妝品的應(yīng)用納米二氧化硅對紫外線具有發(fā)射作用屬于無機成分，容易很好的融入到化妝品的其他的性質(zhì)，且是很好地融合而不會產(chǎn)生任何的排斥，而且本身無毒、無味和白色粉體二可以簡單地著色，在開發(fā)抗紫外線的高檔化妝品方面有著重要的作用，而且是一直的所有高檔防紫外線化妝品的開發(fā)者一直很青睞的重要原料。目前納米二氧化硅在染發(fā)焗油、焗油膏好防紫外線霜等產(chǎn)品中得到了很好地應(yīng)用，而且是該類產(chǎn)品的性質(zhì)得到了很好地而提高，而且價格也不會特別的昂貴。納米二氧化硅作為藥物載體與傳統(tǒng)的藥物載體如脂質(zhì)體、乳劑、聚合物納米粒等相比, 無機載體由于其物理穩(wěn)定性好、粒子大小及形態(tài)控制簡單、易于表面功能化等

12、方面的優(yōu)勢, 加上無機材料本身具有的獨特的光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)及物理學(xué)性能, 顯示出其在醫(yī)藥領(lǐng)域巨大的應(yīng)用前景。許多不同結(jié)構(gòu)特性的無機材料如羥基磷灰石, 金屬納米粒(金、 銀、鉑 )，四氧化三鐵,二氧化硅, 量子點等在藥物傳遞中的應(yīng)用均受到廣泛的關(guān)注與重視。其中,納米多孔二氧化硅材料如介孔二氧化硅、二氧化硅氣凝(aerogel)及干凝膠(xerogel)等，由于其良好的生物相容性、較高的孔隙率、較大的比表面積及較好的穩(wěn)定性,作為藥物載體的研究成為近幾年研究的熱點。納米多孔二氧化硅作為藥物載體, 借助于其納米孔道結(jié)構(gòu)、形貌或孔道的控制及表面功能化修飾,可以實現(xiàn)藥物的速釋、緩釋及pH 或溫度敏感釋放。

13、納米多孔二氧化硅作為藥物載體具有廣闊的應(yīng)用前景。納米二氧化硅在顏料方面的應(yīng)用有機顏料由于具有品種多樣、色澤鮮艷等優(yōu)點而被廣泛地應(yīng)用于涂料、油墨等工業(yè). 但相對于無機顏料 , 也存在著耐候性和分散性差等缺點。 近年來人們采用各種方法對其缺點進行改性。如Le，lu 等利用細乳液聚合的方法將有機顏料酞菁藍包覆在聚苯乙烯乳膠粒中，以提高其在水性體系中的分散性。 由于二氧化硅的惰性和高耐久性，近年來被越來越多地用于改性有機顏料中，如 Fei 等。 將萘 酚紅有機顏料接枝到無機二氧化硅核上, 從而提高其耐熱性、著色力以及分散穩(wěn)定性。以青粒子為芯材、以NazSia與NH4CI水解產(chǎn)物硅月為膜材 ，將群青顏料微膠囊化使其耐酸性得到明顯的改善。利用硅酸鈉水解的方法將硅酸鈉水解只能形成非常薄的二氧化硅層, 而且重復(fù)性較差。另外，這種二氧化硅層太薄，不足以提高顏料的耐候性。自組裝技術(shù)由于具有容易