將SiO2引入聚合物中，制備而成的納米復合材料在力學(xué)性能、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等方面都表現出優(yōu)異的性能。此外，SiO2與聚合物能夠產(chǎn)生協(xié)同效應，賦予復合材料新的性能，因而在多功能材料的方向具有巨大的潛力。
　　
　　1、涂料和涂層
　　
　　聚合物成膜性能好，SiO2的加入賦予其優(yōu)異的熱穩定性和力學(xué)性能。此外，通過(guò)不同的工藝還可以制備高性能與多功能的涂層。
　　
　　Park等將疏水SiO2噴涂在聚氨酯（PU）-丙烯酸酯（PUA）膜表面，制備出用于輥對輥或輥對板系統的超疏水涂層，接觸角達到150°，透光率高，適用于連續性生產(chǎn)。此外，還可利用紫外光照射系統將PDMS基底圖案轉移至PU-PUA薄膜。
　　
　　SiO2熱穩定性高，可用于制備阻燃性復合材料。Jiang等將中空介孔SiO2（HM-SiO2），殼聚糖（CS）和磷酸化纖維素（PCL）為原料，通過(guò)層層自組裝法引入環(huán)氧樹(shù)脂（EP）中，制備出一種環(huán)保型阻燃劑。結果表明，HM-SiO2帶有Si、P、S等阻燃元素，與CS、PCL協(xié)同賦予了EP優(yōu)異的阻燃性能。阻燃物質(zhì)在燃燒后會(huì )在EP表面形成致密的炭層，物理阻隔了氧氣與易燃物的接觸、復合材料在內部的流動(dòng)，以及熱量的傳遞。按此思路可制備如超疏水與阻燃相結合等多功能納米復合材料。
　　
　　同理，以負載緩蝕劑的SiO2為填料涂層附著(zhù)在金屬表面，能屏蔽外界環(huán)境造成的腐蝕因素影響。當涂層產(chǎn)生缺陷時(shí)，緩蝕劑釋放到相應的位置進(jìn)行交聯(lián)完成修復。Shchukina等以介孔SiO2為納米容器，負載緩蝕劑8-羥基喹啉，并將其加入聚環(huán)氧涂料中。結果表明，當物品發(fā)生腐蝕時(shí)，涂層周?chē)膒H值發(fā)生變化，SiO2中緩釋劑開(kāi)始溶解并到相應的位置釋放，僅需質(zhì)量分數為2%的緩蝕劑就能發(fā)揮很好的效果。
　　
　　2、生物醫學(xué)
　　SiO2對細胞無(wú)毒性，具有良好的生物相容性，在生物醫學(xué)領(lǐng)域常用于藥物釋控、靶向治療、檢測等。
　　
　　較之其他多孔材料，SiO2孔徑大小可調，操作簡(jiǎn)單，這為用于藥物緩釋的載體結構設計提供了更大的空間。POPOVA等將磺胺嘧啶以濕浸漬法方式分別負載到氨基功能化的球形MCM-41和納米級SBA-15SiO2中，使用2種不同的聚丙烯酸樹(shù)脂修飾后作為一種載藥復合體系。結果表明，納米復合物載藥體系釋藥速率低于未修飾的SiO2，在pH值為1.2時(shí)不釋放藥物，而在pH值為6.8時(shí)，能夠成功在靶位釋放出負載的藥物。這歸因于對pH值非常敏感，包裹在外的2層聚合物，可與SiO2配合進(jìn)一步減緩釋放藥的速度。
　　Timin等將磁化的SiO2與聚合物胍聚合，利用新型膽紅素誘導熒光蛋白UnaG功能化修飾制備復合材料，當在溶液中監測到膽紅素時(shí)，復合顆?？砂l(fā)出熒光，用于肝功能的臨床診斷。
　　
　　一般醫學(xué)成像基于磁共振成像，Li等在具有微孔結構的藥物聚合物外，包裹一層摻雜氧化鐵的SiO2無(wú)機殼。此載藥體系具有很好的生物相容性，在pH值為7.4時(shí)，膜通道中顯示出超低的釋藥速率，防止損傷正常的細胞，基本不產(chǎn)生副作用。隨著(zhù)酸性增強，載藥體系在磁性靶向作用下到達癌細胞靶位，無(wú)機外殼上的氧化鐵被溶解，外殼氣孔打開(kāi)并釋放藥物，直至無(wú)機殼破碎；這些結果表明，該載藥體系實(shí)現了體內的靶向治療，同時(shí)并表現出良好的體外磁共振成像能力，以便觀(guān)察藥物釋放的區域。
　　
　　3、環(huán)境
　　SiO2納米復合材料對環(huán)境的貢獻主要體現在重金屬的吸附方面。SiO2具有高比表面積，吸附性能強的特點(diǎn)，但官能團單一，因此將SiO2功能化是擴大應用范圍且可行的途徑。
　　Plohl等以Cu2+水溶液為模型，制備一種具有核殼結構的磁性納米SiO2粒子（MNPs）吸附劑，探討該吸附劑對Cu2+的吸附機理。結果發(fā)現，吸附劑對Cu2+的最大吸附量達143mg/g，并且可循環(huán)使用。其中，NH/NH2在吸附行為中提供電子，使Cu2+價(jià)態(tài)降低。此類(lèi)吸附劑非常適用于污泥這種環(huán)境條件，具有高效、環(huán)保的特點(diǎn)。靈活使用不同的聚合物對SiO2進(jìn)行改性，能針對性提高SiO2復合材料對某類(lèi)重金屬的吸附性。
　　SiO2復合膜在油水分離領(lǐng)域也有著(zhù)重要的地位，通過(guò)使用親水疏油（或親油疏水）的SiO2來(lái)提高膜對水（或油）分子的吸附和溶解，以阻礙油（或水）分子通過(guò)膜，實(shí)現油水分離。分離效率與膜材料的孔大小相關(guān)，Cao等將改性的聚氨酯與疏水性的SiO2噴涂于銅網(wǎng)上，簡(jiǎn)單制備一種耐高溫（近100℃）的油水分離膜，用于分離油類(lèi)物質(zhì)。結果表明，該銅網(wǎng)對煤油具有很高的分離效率，最高可達99.3%，并且在循環(huán)使用幾十次后依然保持良好的油水分離效果。
　　
　　4、包裝
　　
　　SiO2/聚合物納米復合材料或以涂層的形式增強傳統包裝的阻隔性能，或以本身作為包裝材料，尤其在水蒸氣阻隔方面具有突出的表現，該特性無(wú)疑有利于食品保鮮。Ibrahim等為了改善傳統包裝紙對氣體、濕氣和蒸汽敏感的缺點(diǎn)，將制備的聚苯乙烯（PS）/SiO2用以粗化包裝紙表面纖維。結果表明，包裝紙防水性能在SiO2質(zhì)量分數為4%時(shí)最佳，且力學(xué)性能得到提高，含水率下降。超薄的疏水涂層沉積于纖維基質(zhì)，一方面堵塞了氣孔和孔隙，另一方面在表面作為屏障阻止了纖維對水分子的接觸，從而使包裝紙具有疏水特性。
　　
　　Beatriz等開(kāi)發(fā)了一種活性包裝薄膜，以介孔SiO2（MCM-41）作為丁香酚的封裝容器，并通過(guò)靜電紡絲法引入聚（3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯）（PHBV）。結果表明，薄膜的耐熱性、機械強度以及對檸檬烯和水蒸氣的阻隔性都有提高，具有長(cháng)期抑菌的性能。此時(shí)SiO2不僅僅是作為填料增強薄膜的性能，還能作為容器來(lái)降低薄膜中抑菌劑的釋放，延長(cháng)貨架期，保護食品的安全。
　　
　　SiO2本身無(wú)毒無(wú)味，能夠彌補環(huán)境友好型包裝在理化性質(zhì)方面的不足，滿(mǎn)足可持續發(fā)展的要求。Horst等通過(guò)溶膠凝膠法制備摻雜SiO2的可降解淀粉膜，結果表明，此類(lèi)無(wú)機-有機雜化膜的力學(xué)性能、光學(xué)性能和勢壘性能都得到了增強，雖然其所用方法仍需要改進(jìn)，但同時(shí)也展現出SiO2在硬質(zhì)可降解包裝材料方面的發(fā)展潛力。
　　
　　資料來(lái)源：《馮春妮,劉鎏,胡馳,等.二氧化硅/聚合物納米復合材料的研究進(jìn)展[J].包裝工程,2021,42(03):78-86》，由【粉體技術(shù)網(wǎng)】編輯整理，轉載請注明出處！