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纳米材料/工业陶瓷 |
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日本发出在树脂内均匀分散SiO2纳米中空粒子的技术 |
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| http://cn.newmaker.com
11/10/2011 12:01:00 PM
日经BP社
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 名古屋工业大学陶瓷基础工学研究中心负责人、藤正督教授领导的研究小组开发出了使SiO2（二氧化硅）制成的纳米中空粒子均匀分散于树脂内的技术，确立了应用于窗户玻璃等表面隔热薄膜的基础技术。
共同开发该技术的日本GRANDEX公司 （岐阜县关市）利用该技术开始制造透明隔热膜用分散原料溶液，在树脂溶液内分散SiO2纳米中空粒子并展开销售。功能性薄膜厂商东洋包材（东京都千代田区）将分散有SiO2纳米中空粒子的涂布溶液用于隔热膜的隔热层，制成了贴在窗户玻璃等表面上使用的隔热膜产品。
藤正督教授的研究小组开发的SiO2纳米中空粒子以方糖状的四面体碳酸钙内核粒子（模板）为基础制造而成。制造时，先在乙醇和氨水溶液的混合溶液中混入名为TEOS（Si(OC2H5)4、正硅酸乙酯），然后投入碳酸钙内核粒子，这时内核粒子的表面会包裹上非晶状的SiO2层。含有硅（Si）和氧（O）两原子的TEOS会在溶胶凝胶反应下被水解，发生缩合反应，从而在内核粒子表面形成非晶SiO2包层。
从内核粒子的四面体尺寸来看，其一个边约为10～300nm，纳米中空粒子的一个边的尺寸也大约为10～300nm（图2）。藤正督教授表示：“纳米中空粒子的粒径（粒度）能够形成非常均匀的粒度分布。”
对于纳米中空粒子的形成原理，藤正督教授解释说：“从SiO2层在内核粒子表面形成之初起，非晶状SiO2层上就有微细小孔开放，作为内核粒子成分的碳酸钙会由此析出到溶液中，从而形成中空”。由于是中空粒子，因此能够将导热率控制在低水平上。
以纳米中空粒子的实用化为目标的藤正督教授认为，SiO2纳米中空粒子不在树脂内均匀混合就起不到任何作用，因此对纳米中空粒子的表面实施了与树脂结合的改质。开发出了选择聚氨酯树脂作为分散纳米中空粒子的树脂时，利用带异氰酸盐基的偶联剂实施表面改质的基础技术。
藤正督教授表示，作为制造SiO2纳米中空粒子的基础，GRANDEX公司采用了基于溶胶凝胶反应的水解方法以及缩合反应方法，但“从企业开展业务的角度来看，需要根据成本及收益等因素加以改进，因此该公司考虑使用醇盐物质”。而且，在使SiO2纳米中空粒子均匀分散于树脂中的基础技术方面，GRANDEX虽然与名古屋工业大学共同开发了利用带异氰酸盐基的偶联剂实施表面改质的方法，但在实用时该公司同样考虑到了性能和成本方面的因素，改用了自己的工艺。藤正督教授解释说：“GRANDEX并不是简单接受名古屋工业大学对研究成果的转让，而是在充分‘消化’后改进为企业的生产技术，这一点做得非常好。”
对于将SiO2纳米中空粒子应用于隔热层的方法，名古屋工业大学和GRANDEX于2010年2月共同申请了专利。并且，该公司还就名古屋工业大学拥有的SiO2纳米中空粒子相关专利群，签订了一揽子专利使用授权协议。
面向窗户玻璃等用途制造隔热膜的东洋包材通过在作为基材的薄膜与隔热层之间插入反射层来制造产品。因此，GRANDEX在实施与反射层强力结合的表面改质后，向东洋包材供应分散有SiO2纳米中空粒子的隔热溶液。然后，东洋包材再将该隔热溶液涂布到玻璃的反射层上，形成隔热层。（特约撰稿人：丸山 正明）
图1：在隔热玻璃中应用的示意图。使用隔热层中含有SiO2纳米中空粒子的薄膜。图中为名古屋工业大学藤正督教授的研究小组开发的原型。
图片由名古屋工业大学提供
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