水合硅酸铝纳米纤维

2022-03-05 16:14:58   2226

纳米矿物纤维是指直径在纳米尺寸范围(1-1000nm)的无机矿物纤维或有机/无机矿物纤维,其具有孔隙率高、长径比大、比表面积大、表面能和活性高、纤维精细程度和均一性高等特点。

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水合硅酸铝纳米纤维简介

水合硅酸铝纳米纤维是一种具有大长径比、中空管状结构、良好水分散性、内外壁不同性质、高吸附性、生物相容、环境友好的新型纳米矿物纤维材料。天然矿物内径为10-20 nm,外径为40-70 nm,长度为200-1000 nm,化学式为Al2Si2O5(OH)4。水合硅酸铝纳米纤维是自然条件下高岭土片层卷曲成管状结构形成的,因此其化学成分跟高岭土相同,但不同之处在于水合硅酸铝纳米纤维存在层间的结合水,通过差热分析可以看到100℃左右的失水吸热峰。

目前主要应用于聚合物改性(塑料、橡胶、涂料、胶粘剂等)、造纸添加剂、药物的控制释放、环境修复、油品脱色、有机助剂和催化剂的载体、洁面保湿类化妆品等众多领域。例如在改性PP和PA6/66等改性聚合物中应用,纳米纤维材料具有突出的增强补强、阻燃协效、促进成炭等作用。

由于具有环境相容性好、比表面积大、表面基团丰富和吸附效率高等特点,以及独特介孔型管状内腔和带不同电荷的内、外表面,水合硅酸铝纳米纤维已被广泛用于环境污染修复领域,不仅可以直接用于污染物的吸附固定,还可用于多种有机污染物的催化降解。由于其具有高长径比和高吸附性,能够在其管内外壁吸附或接枝功能分子,因此在药物载体和生物检测等领域也具有潜在应用。

水合硅酸铝纳米纤维的应用

聚合物改性

水合硅酸铝纳米纤维作为高性能聚合物复合材料所需的纳米矿物材料的优势是:

容易分散:即使是未经表面改性处理的硅酸铝纤维几乎能在所有溶液混合或熔融混合的聚合物中实现良好的分散。特别是硅酸铝纳米纤维尺寸小、电荷较高、亲水性强,能在水性体系中稳定存在。

长径比大(增强效果好):硅酸铝纤维长径比约为10:1,其自身机械强度高,所以对塑料、橡胶、涂料等高分子材料具有很好的增强效果,兼顾更高的强度和韧性。

易于功能化修饰(增强界面结合):硅酸铝纤维表面存在活性的硅铝羟基,容易设计修饰反应,对其进行表面改性,有助于增加其与聚合物基体的界面作用。

易于负载活性分子(制备功能复合材料):硅酸铝纳米纤维具有独特的空腔结构,对多种分子吸附能力强,能够对负载的物质进行控制释放。因此可以作为抗菌剂、抗腐蚀剂、阻燃剂、防老剂、增塑剂、芳香剂等缓慢释放功能的新型聚合物复合材料。

造纸添加剂

硅酸铝纳米纤维在造纸过程中添加,充当纸张整理剂和保护剂;同时硅酸铝纤维具有阻燃性,添加后能增加纸张的阻燃效果;在植物纤维结构中的均匀分布,添加后纸张的力学性能和表面疏水性显著增强。

催化剂及催化剂载体

在石油化工行业,可以用于半合成催化剂载体原料,用于石油裂解和精炼,具有催化活性大、耐磨损和可多次循环使用的优点。与常见的合成硅酸铝和分子筛相比,硅酸铝纳米纤维具有独特的纳米结构,其催化选择性高,产油率高,能改善焦炭选择性,提高磨损指数和水热稳定性。硅酸铝纳米纤维也可以通过与氢氧化钠高温水热处理,再降温成核结晶,可以完全转化为沸石,从而作为石油裂解的催化剂。可以作为大豆油环氧化的催化剂,具有较高的催化活性和选择性。

油品脱色剂

在汽油和食用油等油品中,由于存在各种杂质成分,造成油的颜色偏重,不清亮,影响产品的使用和外观性能,如以重油为原料的裂解汽油产品中,可能含有大量的不饱和烃,如二烯烃。在储存和使用时,由于硫化物的存在,这些不饱和烃在空气中发生氧化形成胶状物质,从而堵塞汽油导管、喷嘴和进气阀,中断供油而迫使发动机停止工作;而且这些胶质物质具有很强的着色能力,很少量的胶质便可使无色的汽油变成草黄色,因此对汽油进行脱色非常必要。由于硅酸铝纳米纤维具有的离子交换性能和吸附性能,使其常被用于油品的脱色处理。

化妆品

硅酸铝纳米纤维对人体皮肤没有任何刺激性作用,更不会引发炎症等;由于硅酸铝纳米纤维对油或者其他物质的强吸附作用,所以硅酸铝纳米纤维或有机改性后的产品可以用于面膜;硅酸铝矿物导热性能好,吸附性强,可有效吸附皮肤油脂及毒素,去除老化角质,细化毛孔,可帮助改善肌肤机制,平衡皮肤pH,减少并改善皮肤青春痘、粉刺、痤疮等问题,并深层控油,达到美容肌肤的效果。因此,水合硅酸铝纳米纤维广泛用于化妆品、面膜和长效保湿化妆品等产品中。