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1、安阳工学院学报第二期JournalofAnyangInstituteofTechnology43纳米二氧化硅的制备、改性和在塑料中的应用1,221李建新王磊孙洪巍(1.郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室,郑州450052;2.安阳工学院,河南安阳455000)摘要:对纳米二氧化硅的制备、改性和在塑料中的应用进行了综述。关键词:纳米二氧化硅;制备;改性中图分类号:TQ12文献标识码:A文章编号:1673-2928(2008)02-0043-04纳米材料是任何至少有一个维度的尺寸小是一种超微细粉体,比重2.0~2.6,熔点1750℃,于100nm或由小于100nm的基本单元组成的材折光率
2、1.46,粒径和含水量随制法不同而异,原料。自上世纪80至90年代是纳米材料及科技始粒径一般在0.3μm以下。白炭黑绝缘性好,不迅猛发展的时代,其标志为:出现了块体纳米材溶于水和酸,溶于苛性碱和氢氟酸;受高温不分料;扫瞄隧道显微镜(STM)和原子力显微镜解,吸水性强,在空气中易潮解,性能与碳黑相[3](AFM)的出现以及应用使纳米材料成为独立学似,但呈白色,在空气中吸水后形成聚合细颗粒。科。由于纳米材料所表现出的不同于微米以及纳米二氧化硅可以用SiO2-nH2O表示,块体材料的奇异特性,使得纳米材料成为材料nH2O指的是“结合水”,它是白炭黑的重要组成[1]科学和凝聚态科学领域的研究热点。部分
3、,是在生产过程中进行化学反应形成的。从1米二氧化硅的性质和结构本质和结构上讲,它不是水,而是以-OH基团形纳米二氧化硅是纳米材料中的一员,具有式存在,Si-OH基团中,-OH与Si,O与H之间特殊的层次结构,纳米二氧化硅是无定型的白都以共价键相互作用,而共价键键能很大,不易色粉末,是一种无毒、无味、无污染的非金属材被破坏,并且结合水与环境温度、湿度无关。料。微粒结构非常特殊,颗粒表面存在不饱和的纳米二氧化硅粒子表面具有极强的活性,残键及不同键合状态的羟基,其分子状态呈三表现在Si-OH。这里的-OH很容易与水发生亲维链状结构,这种特殊结构使它具有独特的性合作用,形成氢键结构,形成“吸附水”。另
4、外由[2]质:如对波长49nm以内的紫外线反射率高达于表面积大,空隙繁多,粒子表面也会以物理吸70%至80%;小尺寸效应和宏观量子隧道效应使附的方式吸附部分水。吸附水通常以分子形式其产生淤渗作用,可深入到高分子链的不饱和存在,而且容易离开白炭黑粒子;其含量随环境键附近,并和不饱和键的电子云发生作用;在高温度和湿度的变化而变化,因此可以通过人为[4]温下仍具有较高的强度、韧度和稳定性;对色素的方法进行控制。离子具有极强的吸附作用等。2纳米二氧化硅的制备当纳米二氧化硅与高分子材料复合时可以纳米材料的制备主要有物理方法和化学方改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性,法,物理方法有真空冷凝法、物理粉
5、碎法和机械提高产品的抗老化性和耐化学性;可以达到抗球磨法等,化学方法有气相沉积法、沉淀法、溶紫外线老化和热老化的目的;可以提高材料的胶凝胶法、微乳液法、水热合成法等。国外纳米[5]强度、弹性等基本性能;可以降低因紫外线照射二氧化硅的制备方法有干法和湿法两种:干法而造成的色素衰减等。包括气相法和电弧法,湿法分沉淀法和凝胶法。工业用纳米二氧化硅称作白炭黑(也叫做气相法:气相法多以四氯化硅为原料,采用胶体二氧化硅、水合二氧化硅、气相二氧化硅),四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾收稿日期:2008-01-15作者简介:李建新(1972-),男,河南安阳人,安阳工学院讲师,郑州大学在职研究生,从事
6、有机无机复合材料研究。安阳工学院学报44JournalofAnyangInstituteofTechnology2008年状的二氧化硅。该法优点是产品纯度高、分散度形成凝胶,然后干燥脱水,产品特性类似于干法高、粒子细而形成球形,表面羟基少,因而具有产品,价格又比干法产品便宜,但工艺较沉淀法优异的补强性能,但原料昂贵,能耗高,技术复复杂,成本亦高。该法应用较少。[9]杂,设备要求高,这些限制了产品使用。郭宇等用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化2H2+O2→2H2O硅,在氨水作为催化剂pH值控制到5~6,焙烧SiCl4+2H2O→SiO2+4HCl温度控制在600℃时得到的样品最好,粒径在2H2+O2+
7、SiCl4→SiO2+4HCl14nm左右,分散均匀、外周圆形,基本达到了生[6]产中所需达到的工业指标。段先健等研究出一种高分散纳米二氧化[10]硅的制备方法。将氧气、氢气和有机卤硅烷按一许念强等研究结果表明:对水热法制备硅定比例连续地输进燃烧喷嘴,在反应室中燃烧溶胶的工艺来说,提高反应温度有利于提高颗反应;同时在反应室中输入保护气体;卤硅烷利粒的平均粒径,但不利于提高颗粒的均匀性。低用燃烧生成
