Persiapan dan aplikasi nano-silika

Nano-silika adalah bahan kimia anorganik, umumnya dikenal sebagai “karbon hitam putih ultra-halus”. Ini adalah bahan non-logam anorganik yang tidak beracun, tidak berbau, dan bebas polusi dan bahan baru anorganik ultra-halus berteknologi tinggi. Ukurannya antara 1~100nm, dan memiliki struktur jaringan tiga dimensi, yang mudah menggumpal dan memiliki stabilitas penyimpanan yang buruk.

Persiapan nano-silika

Saat ini, penelitian tentang nano-silika terutama menggunakan natrium silikat dan etil ortosilikat sebagai bahan baku, sedangkan bahan baku untuk produksi industri terutama natrium silikat murah.

• Metode fisik

Ini terutama penghancuran mekanis. Silika partikel besar dihancurkan dengan sangat halus melalui aksi gabungan dari benturan, geser, gesekan, dan gaya lain yang dihasilkan oleh mesin penghancur ultra-halus. Kemudian, perangkat pengelompokan efisiensi tinggi digunakan untuk memisahkan partikel dengan ukuran partikel yang berbeda, untuk mewujudkan keseragaman dan spesifisitas distribusi ukuran partikel bubuk nano-silika.

Proses produksi fisiknya sederhana, volume produksinya besar, dan proses produksinya mudah dikendalikan. Namun, persyaratan untuk bahan baku lebih tinggi, dan ketika ukuran partikel berkurang, partikel menggumpal karena peningkatan energi permukaan, dan sulit untuk mengurangi ukuran partikel partikel bubuk lebih lanjut.

• Metode kimia

1.Reaksi fase gas kimia

Metode ini menggunakan senyawa organosilikon (seperti organohalosilan, silanes, dll.), hidrogen dan oksigen atau udara untuk bercampur dan terbakar. Setelah senyawa organosilikon dibakar pada suhu tinggi, mereka mengalami hidrolisis suhu tinggi dalam air yang dihasilkan oleh reaksi untuk mempersiapkan nano-silika.

Metode reaksi fase gas kimia memiliki ukuran partikel yang seragam, ukuran partikel kecil dan bentuk bulat, kemurnian produk yang tinggi dan gugus hidroksil permukaan yang sedikit. Agar metode ini dapat menyebabkan reaksi kimia, pemanasan, radiasi atau plasma harus digunakan untuk mengaktifkan reaktan menjadi molekul. Oleh karena itu, peralatan yang digunakan dalam metode ini memerlukan persyaratan yang tinggi, bahan baku yang digunakan mahal, dan harga produk yang relatif tinggi.

2.  Pengendapan

Metode pengendapan adalah mencampur larutan reaktan dengan zat pembantu lainnya, kemudian menambahkan acidifier ke larutan campuran untuk mengendap, dan endapan yang dihasilkan dikeringkan dan dikalsinasi untuk mendapatkan nano-silika.

Metode pengendapan memiliki proses yang sederhana dan berbagai bahan baku dan telah dipelajari dan diterapkan secara luas, tetapi masalah kontrol yang sulit dari sifat produknya belum terpecahkan.

3.  Metode sol-gel

Metode ini umumnya menggunakan silikat atau silikat sebagai prekursor untuk larut dalam pelarut membentuk larutan yang seragam, dan kemudian mengatur nilai pH untuk menghidrolisis dan mempolimerisasi prekursor untuk membentuk sol.
Proses sol-gel mudah dikontrol dan telah dipelajari secara ekstensif, dan produk yang dihasilkan memiliki luas permukaan spesifik yang lebih besar. Namun, kesulitan dalam pencucian, kebutuhan bahan baku yang tinggi dan waktu pengeringan yang terlalu lama membatasi penggunaannya.

4.  Metode mikroemulsi

Dengan menambahkan acidulan atau katalis tetes demi tetes ke mikroemulsi yang dibuat dari prekursor, reaksi preparasi berlangsung dalam gelembung mikroemulsi, dan mikroemulsi digunakan untuk membatasi nukleasi, pertumbuhan, koagulasi, dan aglomerasi fase padat menjadi bentuk bulat kecil. Dalam gelembung mikro tetesan, partikel nano-spherical terbentuk, dan aglomerasi lebih lanjut antara partikel dihindari, dan mudah untuk mewujudkan produksi ukuran tubuh yang dapat dikontrol.

Karena kemampuan perakitan mandiri skala nano, mudah untuk mewujudkan persiapan ukuran partikel dan morfologi yang dapat dikontrol, yang telah menarik minat banyak peneliti dan telah menjadi hotspot penelitian dalam beberapa tahun terakhir. Karena biayanya yang tinggi, bahan organik yang sulit dihilangkan dan pencemaran lingkungan yang mudah, belum banyak digunakan dalam industri.

Modifikasi permukaan nano-SiO₂

Ada sejumlah besar basis cahaya silikon aktif pada permukaan nano-silika, dengan ukuran kecil dan luas permukaan spesifik yang besar, yang membuatnya mudah untuk menggumpal. Diisi langsung ke bahan organik, karena sulit untuk menyusup dan menyebar, dan memiliki kompatibilitas yang buruk, sulit untuk berperan, yang membatasi aplikasi industrinya.

• Metode fisik

Metode pelapisan permukaan adalah metode modifikasi di mana permukaan dimodifikasi dan tidak ada reaksi kimia dengan nano-SiO₂ , dan pelapisan dan partikel dihubungkan oleh gaya antarmolekul.

Modifikasi perlakuan panas adalah proses komprehensif di mana nano SiO₂ ditempatkan di belakang media tertentu untuk pemanasan, pelestarian panas dan pendinginan, dan kinerjanya dikendalikan dengan mengubah permukaan atau struktur internal nano SiO₂ .

• Metode kimia

Alkohol lemak bereaksi dengan gugus hidroksil pada permukaan SiO₂ untuk menghilangkan molekul air. Gugus hidroksil pada permukaan SiO₂  digantikan oleh gugus alkil, dan alkohol digunakan sebagai pengubah.

Aplikasi Nano SiO₂

• lapisan

Nano-silika memiliki struktur jaringan tiga dimensi, memiliki luas permukaan spesifik yang besar, menunjukkan aktivitas yang besar, dapat membentuk struktur jaringan ketika lapisan dikeringkan, dan meningkatkan suspensi pigmen, yang dapat menjaga warna lapisan tanpa memudar untuk waktu yang lama. Dalam membangun pelapis dinding interior dan eksterior, ia memiliki kemampuan membersihkan diri dan daya rekat yang sangat baik.

• Bidang perekat / sealant

Di bidang perekat dan sealant, nano-silika merupakan produk penting dengan jumlah besar dan berbagai aplikasi. Saat ini, sealant dan perekat kelas atas dalam negeri sebagian besar bergantung pada impor.

• karet

Dapat meningkatkan kekuatan, ketangguhan, dan umur produk karet. Selain itu juga dapat digunakan untuk membuat sol karet transparan, dan produk jenis ini dulunya mengandalkan impor.

• plastik

Meningkatkan ketangguhan, kekuatan, ketahanan abrasi, ketahanan penuaan plastik dan meningkatkan ketahanan penuaan plastik.

• bidang tekstil

Serbuk komposit dengan rasio nano-silika dan nano-titanium dioksida yang sesuai merupakan aditif penting untuk serat radiasi anti-ultraviolet, dan juga dapat meningkatkan efek retensi kehangatan dan mengurangi berat pakaian.

• Bidang agen antimikroba / bidang katalisis

Nano-silika secara fisiologis inert dan sangat menyerap. Dapat menyerap ion antibakteri untuk mencapai tujuan antibakteri. Ini dapat digunakan dalam pembuatan cangkang kulkas dan keyboard komputer.

• Pertanian dan makanan

Bisa membuat sayuran matang lebih awal.

Sumber artikel: Jaringan Bubuk China