纳米技术在精细化工中的应用与发展前景

一、应用

1.高分子

（1）涂料

将纳米材料应用与涂料中可分为两种情况：一是将纳米材料分散于传统涂料后得到的纳米材料改性涂料；二是完全有纳米粒子组成的纳米涂层材料。前者主要利用纳米粒子的抗紫外线、光催化等性能对传统涂料进行改性，从而提高涂料的某些性能。由于纳米材料改性涂料的工艺相对简单，工业可行性好，因此目前的研究工作大多集中在该领域。一方面纳米材料改性涂料不仅在常规的力学性能如附着力、抗冲击、柔韧性等方面会得到提高，而且还有可能提高涂料的耐老化、耐腐蚀、抗辐射性能。此外，纳米材料改性涂料还可能出现某些特殊功能：自清洁、抗静电、隐身吸波、阻燃等性能。

纳米材料是粒径非常微小的细微颗粒，其表面活性相当高，如何将其有效的分散在涂料体系中，是纳米材料在涂料中应用的关键问题。纳米材料的表面处理、添加方式、分散设备的选择等，直接影响到纳米材料在涂料中的分散状态。xin\纳米材料在涂料中的应用进展_刘红波.pdf

（2）塑料

纳米S Oi2对塑料不仅起补强作用, 而且具有许多新的特性。利用它透光、粒度小, 可使塑料变得更致密, 可使塑料薄膜的透明度、强度和韧性、防水性能大大提高。

"纳米塑料"是指基体为高分子聚合物，通过纳米粒子在塑料树脂中的充分分散,有效地提高了塑料的耐热、耐候、耐磨等性能。"纳米塑料"能使普通塑料具有象陶瓷材料一样的刚性和耐热性，同时又保留了塑料本身所具备的韧性、耐冲击性和易加工性。目前，能实行产业化的有通过纳米粒子改性的NPE、NPET和NPA6(即纳米聚乙烯、纳米PET聚脂、纳米尼

龙6)利用纳米粒子，将银(Ag+)设计到粒子表面的微孔中并稳定，就能制成纳米栽银抗菌材料，将这种材料加入到塑料中去就能使塑料具有抗菌防霉，自洁等优良性能，使其成为绿色环保产品。目前，已在ABS、SPVC、HIPS、PP塑料中得到应用。

（3）粘合剂和密封胶

将纳米材料如纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料，是指具有亲水性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即纳米SiO2形成网络结构掏胶体流动，固体速度加快，提高粘结效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。

（4）纤维

纳米纤维的用途很广，如将纳米纤维植入织物表面，可形成一层稳定的气体薄膜，制成双疏性界面织物，既可防水，又可防油、防污；用纳米纤维制成的高级防护服，其织物多孔且有膜，不仅能使空气透过，具可呼吸性，还能挡风和过滤微细粒子，对气溶胶有阻挡性，可防生化武器及有毒物质。以纳米S iO 2和纳米T iO2经适当配比而成的复合粉体作为纤维的添加剂, 可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。

A.紫外防护纤维

B.远红外功能纤维

C.抗菌防臭和除臭纤维

D.抗静电纤维

2.催化领域

纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使

它具备了作为催化剂的基本条件。镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600 ℃降低到室温。

3.化妆品

在防晒产品中以往多使用有机化合物为紫外线吸收剂, 但是存在诸如为了尽可能保护皮肤不接触紫外线而提高添加量之后, 会增加发生皮肤癌以及产生化学性过敏等问题。在纳米技术被广泛应用的今天, 钠米氧化钛及氧化锌以其安全无毒、能屏蔽紫外线、无毒、无味、不分解、不变质、着色力高、遮盖力强或透明度高、色相好和色谱广等优异性能, 被广泛应用于防晒化妆品中。从防晒新技术、新原料的发展来看, 它们也是极具发展前途的一类防晒化妆品原料。

纳米原料用在化妆品防晒剂中, 最大的优点是其属于无机惰性原料, 不像有机防晒剂其活性和刺激性较强, 会对皮肤产生毒副作用, 应用非常安全。例如, TiO2 就是一种很好的纳米防晒原料。纳米TiO2对长波(320 nm～400 nm)和中波(280 nm～320 nm)均有屏蔽作用, 且自身为白色, 可以随意着色, 在防晒霜、粉底霜、口红和防晒摩丝等化妆品中得到广泛应用。纳米TiO2 的粒径对紫外线的吸收能力和遮盖力影响很大, 一般以30 nm～50 nm 粒径为最佳。

纳米ZnO 的抗菌性源于两个方面, 其一, Zn2+ 与Ag+、Cu2+一样属于重金属离子, 可与病菌和病毒体内蛋白质上的巯基结合, 从而抑制它们的活性。其二, 在紫外线的照射下, ZnO 会产生空穴(h +)电子(e - )对, 活泼的空穴和电子分别从纳米ZnO 价带(VB)、导带(CB)迁移至粒子表面, 把表面吸附的水或羟基(OH)转变成氢氧自由基(·OH), 把表面吸附的氧气转变成原子氧(O 2-), 氢氧自由基具有极强的氧化能力, 从而把大多数细菌和

病毒杀死。纳米ZnO 应用于防晒化妆品中, 不但使体系拥有收敛性和抗炎性, 而且具有吸收人体皮肤所分泌出的油脂的功效。

4.医药方面

纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。

微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。

纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，