將SiO2引入聚合物中，制備而成的納米復(fù)合材料在力學(xué)性能、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等方面都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。此外，SiO2與聚合物能夠產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，賦予復(fù)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(wěn)定性和力學(xué)性能。此外，通過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(duì)輥或輥對(duì)板系統(tǒng)的超疏水涂層，接觸角達(dá)到150°，透光率高，適用于連續(xù)性生產(chǎn)。此外，還可利用紫外光照射系統(tǒng)將PDMS基底圖案轉(zhuǎn)移至PU-PUA薄膜。
SiO2熱穩(wěn)定性高，可用于制備阻燃性復(fù)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，通過層層自組裝法引入環(huán)氧樹脂（EP）中，制備出一種環(huán)保型阻燃劑。結(jié)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(fù)合材料在內(nèi)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(jié)合等多功能納米復(fù)合材料。
同理，以負(fù)載緩蝕劑的SiO2為填料涂層附著在金屬表面，能屏蔽外界環(huán)境造成的腐蝕因素影響。當(dāng)涂層產(chǎn)生缺陷時(shí)，緩蝕劑釋放到相應(yīng)的位置進(jìn)行交聯(lián)完成修復(fù)。Shchukina等以介孔SiO2為納米容器，負(fù)載緩蝕劑8-羥基喹啉，并將其加入聚環(huán)氧涂料中。結(jié)果表明，當(dāng)物品發(fā)生腐蝕時(shí)，涂層周圍的pH值發(fā)生變化，SiO2中緩釋劑開始溶解并到相應(yīng)的位置釋放，僅需質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的緩蝕劑就能發(fā)揮很好的效果。
2、生物醫(yī)學(xué)
SiO2對(duì)細(xì)胞無毒性，具有良好的生物相容性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域常用于藥物釋控、靶向治療、檢測(cè)等。
較之其他多孔材料，SiO2孔徑大小可調(diào)，操作簡(jiǎn)單，這為用于藥物緩釋的載體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(fù)載到氨基功能化的球形MCM-41和納米級(jí)SBA-15SiO2中，使用2種不同的聚丙烯酸樹脂修飾后作為一種載藥復(fù)合體系。結(jié)果表明，納米復(fù)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(fù)載的藥物。這歸因于對(duì)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(dǎo)熒光蛋白UnaG功能化修飾制備復(fù)合材料，當(dāng)在溶液中監(jiān)測(cè)到膽紅素時(shí)，復(fù)合顆?？砂l(fā)出熒光，用于肝功能的臨床診斷。
一般醫(yī)學(xué)成像基于磁共振成像，Li等在具有微孔結(jié)構(gòu)的藥物聚合物外，包裹一層摻雜氧化鐵的SiO2無機(jī)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(xì)胞，基本不產(chǎn)生副作用。隨著酸性增強(qiáng)，載藥體系在磁性靶向作用下到達(dá)癌細(xì)胞靶位，無機(jī)外殼上的氧化鐵被溶解，外殼氣孔打開并釋放藥物，直至無機(jī)殼破碎；這些結(jié)果表明，該載藥體系實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)的靶向治療，同時(shí)并表現(xiàn)出良好的體外磁共振成像能力，以便觀察藥物釋放的區(qū)域。
3、環(huán)境
SiO2納米復(fù)合材料對(duì)環(huán)境的貢獻(xiàn)主要體現(xiàn)在重金屬的吸附方面。SiO2具有高比表面積，吸附性能強(qiáng)的特點(diǎn)，但官能團(tuán)單一，因此將SiO2功能化是擴(kuò)大應(yīng)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(jié)構(gòu)的磁性納米SiO2粒子（MNPs）吸附劑，探討該吸附劑對(duì)Cu2+的吸附機(jī)理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吸附劑對(duì)Cu2+的最大吸附量達(dá)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(duì)SiO2進(jìn)行改性，能針對(duì)性提高SiO2復(fù)合材料對(duì)某類重金屬的吸附性。
SiO2復(fù)合膜在油水分離領(lǐng)域也有著重要的地位，通過使用親水疏油（或親油疏水）的SiO2來提高膜對(duì)水（或油）分子的吸附和溶解，以阻礙油（或水）分子通過膜，實(shí)現(xiàn)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，用于分離油類物質(zhì)。結(jié)果表明，該銅網(wǎng)對(duì)煤油具有很高的分離效率，最高可達(dá)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(fù)合材料或以涂層的形式增強(qiáng)傳統(tǒng)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(xiàn)，該特性無疑有利于食品保鮮。Ibrahim等為了改善傳統(tǒng)包裝紙對(duì)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(jié)果表明，包裝紙防水性能在SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(duì)水分子的接觸，從而使包裝紙具有疏水特性。
Beatriz等開發(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，并通過靜電紡絲法引入聚（3-羥基丁酸酯-co-3-羥基戊酸酯）（PHBV）。結(jié)果表明，薄膜的耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度以及對(duì)檸檬烯和水蒸氣的阻隔性都有提高，具有長(zhǎng)期抑菌的性能。此時(shí)SiO2不僅僅是作為填料增強(qiáng)薄膜的性能，還能作為容器來降低薄膜中抑菌劑的釋放，延長(zhǎng)貨架期，保護(hù)食品的安全。
SiO2本身無毒無味，能夠彌補(bǔ)環(huán)境友好型包裝在理化性質(zhì)方面的不足，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。Horst等通過溶膠凝膠法制備摻雜SiO2的可降解淀粉膜，結(jié)果表明，此類無機(jī)-有機(jī)雜化膜的力學(xué)性能、光學(xué)性能和勢(shì)壘性能都得到了增強(qiáng)，雖然其所用方法仍需要改進(jìn)，但同時(shí)也展現(xiàn)出SiO2在硬質(zhì)可降解包裝材料方面的發(fā)展?jié)摿Α?br />
資料來源：《馮春妮,劉鎏,胡馳,等.二氧化硅/聚合物納米復(fù)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(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處！
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