纳米二氧化硅最新性能及应用
甘甘
纳米氧化硅VK-SP30（纳米白炭黑）作为国内最早实现规模化生产的纳米材料，具有诸多常规材料所不具备的奇异特性，因而受到了科技界与企业界的广泛关注。
该产品的粒径仅为几十纳米，具有很高的硬度和很好的稳定性，其熔、沸点也很高，具有良好的化学惰性和热力稳定性。主要用于:(1)陶瓷领域：可以提高陶瓷制品的韧性、光洁度；(2)人造莫来石：具有高的导热特性和良好的力学性能，是电子工业封装材料的最佳原材料之一；(3)橡胶改性：通过控制SiO2的颗粒尺寸，以制备抗紫外辐射的橡胶、红外反射橡胶、高绝缘性橡胶等；(4)粘结剂：纳米SiO2 小颗粒形成网络结构，抑制胶体流动，固化速率快，提高粘结效果，同时增加了胶的密封特性；(5)涂料：利用纳米SiO2透明性和对紫外光的吸收特性；(6)功能纤维添加剂：制造红外屏蔽人造纤维、抗紫外线辐照人造纤维、高介电绝缘性能优越的纤维等；(7)塑料改性：用作塑料的补强剂，使塑料变得很致密，提高了薄膜的透明度、强度和韧性，大大提高防水性能；(8)抗油漆老化添加剂：提高各类油漆的抗老化性能和光洁度；(9)高级研磨介质：制成抛光液用于硅片等电子材料表面研磨或抛光；(10)其它：用作人造牙齿，纸张表面涂层(瓷土)等。
1、纳米氧化硅VK-SP30的物性
经透射电子显微镜观测，纳米氧化硅的原始颗粒尺寸平均为10nm左右；经动态激光粒度分析仪检测，纳米氧化硅颗粒粒径集中在10-20nm之间，分布范围很窄；经BET法测试分析，纳米氧化硅的比表面积高达640m2/g（即1克纳米粉体摊开后的表面积近似于1亩地大小），其表面存在大量的不饱和残键及不同键合状态的羟基，因表面欠氧而偏离了稳态的硅氧结构，所以该材料具有高反应活性。
2. 纳米氧化硅VK-SP30的光学特性
纳米氧化硅对紫外光和可见光都呈现较高的反射特性，这明显区别于其他纳米材料的吸收特性。其对紫外短波（200—280nm）的反射率达70%~80%；对紫外中长波（280—400nm）的反射率达80~85%；对可见光（400nm—800nm）的反射率高达85%以上；对800—1350nm波段的近红外线的反射率也达70%以上。
3. 纳米氧化硅VK-SP30的结构特性
采用比表面和孔隙率分析仪对纳米氧化硅进行检测发现，其表面含有许多纳米级微孔，孔径集中在0.5-1nm之间，孔隙率高达60%以上。
4、纳米氧化硅VK-SP30在涂料中的应用：
4.1 耐洗刷性
纳米氧化硅在普通丙烯酸涂料中的应用研究结果表明，经少量纳米氧化硅改性后，普通丙烯酸涂料的耐洗刷性由几千次提高到上万次；纳米氧化硅可大幅提高中低档乳胶漆的耐洗刷性。
4.2 耐候性
对纳米复合建筑涂料的基础与应用研究结果表明，传统中低档乳胶漆经纳米氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等纳米材料改性后，其耐候性可提高3倍左右，添加一定量的纳米氧化硅可使传统涂料产品的抗紫外老化性能由原先的350h提高到600 h以上。
4.3 耐沾污性和自洁性
研究表明，通过如下途径可提高涂膜的耐沾污性和自洁性，一是利用纳米氧化硅的多微孔结构，通过一定的工艺手段在涂膜表面形成纳米尺度范围内几何形状互补的(如凸与凹相间)界面结构，使其吸附空气而在表面形成一层稳定的气体阻隔膜；二是对纳米氧化硅粒子进行表面处理，使其表面呈现双亲性或双疏性，从而有效改善雨水对建筑涂料涂膜表面的润湿以及粉尘的附着性，提高涂膜的耐沾污性和自洁能力。
4.4 抗菌性
对纳米材料在丝光涂料中的抗菌性研究发现当纳米氧化硅的添加量超过0.5%时，改性丝光涂料试样就表现出明显的抗菌效果。
以多微孔结构纳米氧化硅为载体的纳米载银抗菌材料，已成功应用于水性建筑涂料的抗菌防霉。
纳米抗菌剂（以氧化硅为载体，以Ag+为主要抗菌成份）在粉末涂料中的应用：在普通的粉末涂料中添加约2%的纳米抗菌剂后，涂层的抗菌效果得到明显提高，贴膜法测试对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率均大于99%（37℃，23h）。
经纳米氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等纳米材料改性的纳米复合乳胶漆可有效杀灭大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等一系列菌种，其中对大肠杆菌的杀灭率在3h左右可达99%以上，且抑菌效果相当持久。
4.5 疏水防腐性
含纳米氧化硅的疏水防腐蚀涂料，不仅具有良好的附着性、耐蚀性，而且具有高的致密性及抗离子的渗透性。其制备方法：以溶胶形式将纳米氧化硅等颗粒分散于涂料中，比采用传统的纳米改性涂料的制备方法（选择合适的工艺条件如分散时间、分散介质等；采用现有的涂料生产设备如砂磨机、球磨机、三辊机、胶体磨、高速分散机等）更有利于纳米材料的分散。在制备纳米疏水防腐蚀涂料时必须注意电性匹配，否则，易出现电性中和而造成胶体凝聚。
4.6 透明性
由于纳米粒子的粒径（10-20nm）远小于可见光的波长（400-750nm），具有透过作用，不影响涂料体系的透明性。对于纳米氧化硅而言，由于它是一种无机非金属白色粉末，在充分分散的情况下，不会产生遮盖现象，因此，纳米SiOX可保证纳米改性涂料的透明性。
利用纳米氧化硅可制得高耐磨透明涂料，使其耐磨性比原来提高一倍以上。
4.7 硬度
纳米氧化硅粒子对聚氨酯涂膜的硬度研究发现，只要添加少量的纳米氧化硅就可迅速提高该树脂涂漠的硬度。对紫外光固化涂料的涂膜硬度与纳米氧化硅添加量之间的关系研究发现，当纳米氧化硅粒子在有机材料中呈均匀而单个颗粒分散时，纳米粒子如同刚性链条一样对有机材料起增强作用，从而提高紫外光固化涂料的涂膜硬度，最高可达2.5倍以上。
4.8 热稳定性
对紫外光固化涂料研究发现，纳米氧化硅能提高涂膜的玻璃化温度。这是由于纳米氧化硅与涂膜中的齐聚体链段产生了某种相互作用，阻碍了链段的运动，从而提高了玻璃化温度。
4.9 粘度
在研究纳米粒子对高固体分聚酯-聚氨酯涂料及涂膜性能的影响时发现，纳米氧化硅粒子的加入可显著提高涂料的粘度。同时，如欲调整体系的粘度，则可通过添加适量的纳米二氧化钛VK-T06来实现。
4.10 其他性能
在建筑内外墙涂料中，添加纳米氧化硅可以明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有良好的触变性、防流挂性和施工性。对于不同类型的涂料，纳米氧化硅的添加量一般为0.1~1.0%，最多不超过5%。
5、纳米氧化硅VK-SP30应用展望
纳米氧化硅对涂料的改性作用一方面是依赖其独特的物性（基本物性、光学特性与结构特性），另一方面则是通过与其他纳米材料进行复合，使两种或两种以上纳米材料的优势得以互补并产生协同作用，从而大幅度提高纳米改性涂料的性能。
需特别指出的是，纳米粉体材料在涂料等领域中的添加技术和分散程度直接关系到其改性后产品的性能提高幅度。
5.1 热反射性（隔热性）
纳米氧化硅与众不同的光学特性表明它在太阳热反射涂料中有很大的应用潜力。如能配以性能较好的太阳热反射树脂，定能开发出适合于各种高温环境下的高性能涂料。
5.2 超耐候性
将纳米氧化硅与金红石相纳米TiO2进行复合，使其形成硅包钛的颗粒结构（硅在外，钛在内），这样，就可使太阳光中的绝大部分紫外线被纳米氧化硅先行反射，而余下的则又被纳米TiO2所吸收，从而有望开发出超耐候性涂料。
5.3 超双疏性
通过对纳米氧化硅和纳米氧化钛等纳米粒子的结构控制与表面处理，特殊结构的纳米氧化硅在超双疏涂料中能发挥独特的作用。
此外，纳米氧化硅还可用于各种功能性涂料，赋予涂膜净化大气、自修补、防静电等多种特殊功能。
6、其他应用：
塑 料：纳米氧化硅充分分散于聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）等塑料原料中，可大幅提高塑料制品的强度、韧性、耐磨性和抗老化性。如纳米改性PP，其吸水率、绝缘电阻、压缩残余变形、挠曲强度等主要性能指标均达到或超过工程塑料尼龙6，产品耐候性提高一倍以上，在某些领域可以替代尼龙6
彩色橡胶：在溶聚丁苯等橡胶中添加少量纳米氧化硅（替代炭黑）作为补强剂和抗老化剂，生产出的彩色橡胶制品的韧性、强度、伸长率、抗折性及抗老化等性能均达到或超过三元乙丙橡胶。
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