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纳米二氧化硅

纳米二氧化硅(英文名称nano-silicon dioxide)是一种无机化工材料,俗称白炭黑。由于是超细纳米级,尺寸范围在1~100nm,因此具有许多独特的性质,如具有对抗紫外线的光学性能,能提高其他材料抗老化、强度和耐化学性能。用途非常广泛。纳米级二氧化硅为无定形白色粉末,无毒、无味、无污染,微结构为球形,呈絮状和网状的准颗粒结构,分子式和结构式为SiO2,不溶于水。

纳米是一个尺度,为10-9米,纳米材料是指在三维空间中,至少有一维处于纳米尺寸的范围,也即1~100纳米的范围。纳米材料具有小尺寸效应、表面效应和宏观量子随药效应,因而展现出许多特有的性质,在催化、滤光、光吸收、医药、磁介质及新材料等有广泛的应用前景。

物理性质

纳米二氧化硅外观为为无定形白色粉末,粒子尺寸范围在1~100纳米,微结构为球形,呈絮状和网状的准颗粒结构。
【溶解性能】不能溶于水和酸(氢氟酸除外)及有机溶剂,能溶于碱及氢氟酸。
【稳定性】稳定
   

化学性质

【CAS登录号】60676-86-0
【EINECS登录号】
【分子量】60.08
【分子式及结构式】分子式和结构式为SiO2
【常见化学反应】纳米二氧化硅属于非金属酸性氧化物,与金属氧化物在高温下生成硅酸盐,除氢氟酸外不与其他酸反应,与强碱反应生成盐,能与氢氟酸反应生成氟硅酸,反应方程如下:
SiO2 + 4HF → H2SiF4 + H2O
【禁配物】氢氟酸和碱
【聚合危害】无聚合危险
主要用途
纳米二氧化硅的用途分非常广泛,一般添加重量在0.5—2%,个别产品体系可到10%以上。对产品性能体现的关键是:充分分散到体系当中。使用时根据不同的体系,预先将纳米二氧化硅分散在水、丙酮、醇类或其他溶剂中,对于油性体系,可辅之以助剂做预处理。主要用在以下领域,
(1)电子封装材料
将经表面活性处理后的纳米二氧化硅充分分散在有机硅改性环氧树脂封装胶基质中,可以大幅度地缩短封装材料固化时间(为2.0-2.5h),且固化温度可降低到室温,使器件密封性能得到显著提高,增加器件的使用寿命。
(2)树脂复合材料
将纳米二氧化硅颗粒充分、均匀地分散到树脂材料中,可全面改善树脂基材料性能。包括:A提高强度和延伸率;B提高耐磨性和改善材料表面的光洁度;C抗老化性能。
(3)塑料
利用纳米二氧化硅透光、粒度小,可以使塑料变得更加致密,在聚苯乙烯塑料薄膜中添加二氧化硅后,能提高其透明度、强度、韧性、防水性能和抗老化性能。利用纳米二氧化硅对普通塑料聚丙烯进行改性,使其主要技术指标(吸水率、绝缘电阻、压缩残余变形、挠曲强度等)均达到或超过工程塑料尼龙6的性能指标。
(4)涂料
可改善涂料的悬浮稳定性差、触变性差、耐候性差、耐洗刷性差等,使涂膜与墙体结合强度大幅提高,涂膜硬度增加,表面自洁能力也获得改善。
(5)橡胶
二氧化硅号称白炭黑,在普通橡胶中添加少量纳米Si02后,产品的强度、耐磨性和抗老化性等性能均达到或超过高档橡胶制品,而且可以保持颜色长久不变。纳米改性彩色三元乙丙防水卷材,其耐磨性、抗拉强度、抗折性、抗老化性能均提高明显,且色彩鲜艳,保色效果优异。
(6)、颜(染)料
通过添加纳米Si02对有机颜(染)料进行表面改性处理,不但使颜(染)料抗老化性能大幅提高,而且亮度、色调和饱和度等指标也均出现一定程度的提高,极大地拓宽了有机颜(染)料的档次和应用范围。
(7)陶瓷
用纳米Si02代替纳米A1203既可以起到纳米颗粒的作用,同时又是第二相的颗粒,可提高陶瓷材料的强度、韧性及硬度和弹性模量等性能,。
利用纳米Si02来复合陶瓷基片,提高了基片的致密性、韧性和光洁度,大幅降低烧结温度。
(8)密封胶、粘结剂
纳米Si02的加入,在其表面包敷一层有机材料,形成网络结构,形成一种硅石结构,使之具有憎水性,可抑制胶体流动,加快固化速度,提高粘结效果,增加了产品的密封性和防渗性。
(9)玻璃钢制品
纳米颗粒与有机高分子产生接枝和键合作用,使材料韧性增加,抗拉强度和抗冲击强度提高,耐热性能也大幅提高。
(10)药物载体
采用纳米Si02为载体能起到很好的缓释效果。
(11)化妆品
纳米Si02为无机成分,易于与化妆品其它组分配伍,无毒、无味,自身为白色,反射紫外能力强、稳定性好,被紫外线照射后不分解,不变色,也不会与配方中其它组分起化学反应,为防晒化妆品的升级换代奠定了良好的基础。
(12)抗菌材料
利用纳米Si02庞大的比表面积、表面多介孔结构和超强的吸附能力以及奇异的理化特性,将银离子等功能离子均匀地设计到纳米Si0X表面的介孔中,开发出高效、持久、耐高温、广谱抗菌的纳米抗菌粉,可广泛用于票据、医疗卫生、化学建材、家电制品、功能纤维、塑料制品等行业中。
制造方法
纳米SiO2的制备方法分为物理法和化学法两种。
(1)物理法
物理法一般指机械粉碎法。利用超级气流粉碎机或高能球磨机将SiO2的聚集体粉碎可获得粒径1~5微米的超细产品。该法工艺简单但易带入杂质.粉料特性难以控制,制备效率低且粒径分布较宽。
(2)化学法
化学法可制得纯净且粒径分布均匀的超细SiO2颗粒。化学法包括化学气相沉积(CVD)法、液相法、离子交换法、沉淀法和溶胶凝胶(Sol-Gel)法等,主要的生产方法还是以四氯化硅为原料的气相法,以硅酸钠和无机酸为原料的沉淀法和以硅酸醋等为原料的溶胶凝胶法。
【产业链】

【参考质量指标】不同纳米二氧化硅质量指标见http://www.chemat.com.cn/chemat_Product_11245.html 


毒性和对环境影响

无毒、对环境无有害影响。
包装、运输和贮存
纳米二氧化硅可采用衬塑双层纸袋和纸板桶包装,按无毒、不燃物料运输,贮存于阴凉、干燥避雨、避暴晒场所。


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