纳米二氧化硅的表面改性研究
纳米二氧化硅的改性与应用及聚倍半硅氧烷结构和性能研究
复旦大学碾士学位论文1.4.6复合材料中纳米二氧化硅的形貌表征图1—11和1-12是纳米二氧化硅SPl和A200分散在丙烯酸树脂中的透射电镜照片。
与纳米二氧化硅在醋酸丁酯中的分散性一样,用MAPTS改性的二氧化硅相对未改性的二氧化硅来说,具有较好的分散性,这点对于SPl来说尤为明显(见图1—1la和1.1lb)。
另外,通过原位聚合制备的纳米复合材料中,二氧化硅的分散性优于通过共混法制各的(见图1-llb和】.1lc),这是由于改性的二氧化硅中含有可与丙烯酸酯单体反应的基团,在原位聚合中,与丙烯酸酯链段有较强作用,有利其分散。
然而这些对于纳米二氧化硅A200来说都不是那么明显(见图1-12),无论是否改性,无论使用原位或者共混得方法,对于A200在丙烯酸树脂中的分散性没有很大影响。
这可能是纳米二氧化硅A200相对SPl而言,本身就具有较小的比表面积以及较低的羟基含量,使其在丙烯酸树脂中具有比较好的分散性,所以通过MAPTS对其改性,欲使其更易分散并没有在A200中体现出来。
(a)复旦大学硕士学位论文(c)图1-ll含有SPl的复合涂层的TEM照片(a)含有共混的未改性的二氧化硅(b)含有共混的改性的二氧化硅(c)含有原位生成改性的二氧化硅Figure1-11TEMpicturesofcompositescontainingSPIpreparedby【a)blendingwithunmodifiednano-silica,(b)blendingwithmodifiednano·silicaand(c)in—situmethodwithmodifiednano-silica(a)(b)复旦大学硕士学位论文(c)图1-12含有A200的复合涂层的TEM照片(a)含有共混的未改性的二氧化硅(b)含有共混的改性的二氧化硅(c)古有原位生成改性的二氧化硅Figure1-12TEMpicturesofcompositescontainingA200preparedby(a)blendingwithunmodifiednano-silica,(b)blendingwithmodifiedriano-silicaand(c)in-situmethodwithmodifiednano.silica1.4.7改性对复合树脂Tg的影响图1.13至图1.15为纳米复合树脂的DMA损耗曲线。
纳米二氧化硅的表面改性研究
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圈 1 纳 米 二 氧 化硅 的表 面 特 征
2 结 果 与 讨 论
2 1 不 同剂量改 性剂对 纳米二 氧化硅 的改性效 果( . 图
wae u p n in (lcrcsirn ) trss e so ee ti t i g r
响 口] 橡胶 工业 ,0 9 5 ( )2 —2 . 20 ,6 1 :93 .
[ ] Tef , dzj 4 oiJ An re K.Ifuneo i n o piga e t o u fc l nlec f l ecu l gns nsrae sa n
纳 米 二 氧 化 硅 的 表 面 改 性 研 究
阮 娟 , 王 君 , 明 程 学 院 , 徽 淮 南 2 2 0 ) 安 安 3 0 1
摘 要 : 用 改性 剂 A、 C分 别 对 纳 米 二氧 化 硅 表 面 进行 改性 , 察 了改性 荆剂 量 和 搅拌 方式 对 改性 效 果 的 影 响 。 采 B、 考
接 触 面 积 增 大 , 而 混 合 得 更 均 匀 , 性 效 果 得 到 提 从 改 高。
究 E] 非 金 属 矿 ,0 8 3 ( ) 3—9 J. 2 0 ,1 3 :73 .
[ ] 张红 艳 ,鹿 化 煜 ,赵 军 , .超 声 波 振 荡 对 细 颗 粒 黄 土 样 品 粒 度 8 等 测 量 影 响 的 实 验 分 析 [] J .沉 积 学 报 ,2 0 ,2 ( ) 9 — 0 . 0 8 6 3 :4 45 0
阮 娟 :米 氧 硅 表 改 研 /l 第 期— — — — — — — — — — — — — — — — —| 等纳 二 化 的 面 性 究21 3 — — — — — — — — — — — — — — — — - 0年 | l 蜀
纳米二氧化硅表面改性的研究
ABS TRA CT :Th u f c di c to tn n — i c s mo fe y sln o ln g n e s ra e mo f ain o‘ a o sl a wa di d b ia e c upi g a e tKH 一 0 ,ttnae C U i i i 55 ia t O - p ig a e tNDZ- 01 a d se rc a i e p c iey,t e o l g n n 2 n t a i cd r s e t l v h n c mpae t a h ohe . Th e u t h w h tt fe t r d wi e c t r h e r s lss o t a he efc
也 是 一 种 十 分 重 要 的 无 机 增 韧 增 强 功 能 性 填
充 效 果 , 以 ,有 必 要 对 其 进 行 表 面 改 性 。 目前 , 所 采
用 硅 烷偶联 剂 、 酸酯 偶联 剂对 纳 米 SO 进行 表 面 钛 i:
改 性 的 研 究 有 报 道 ,Z i nWa g等 以 超 临 界 h. n We C , 溶剂 、 O 为 以钛 酸 酯 偶 联 剂 N Z2 1为 改 性 剂 对 D - 0
吴 海 艳 , 莉 , 树 良 周 臧
( 宁 石 油 化 工 大 学 化 学 与 材 料 学 院 , 宁抚 顺 1 3 0 ) 辽 辽 10 1
摘 要 :用 硅 烷 偶 联 剂 K -5 钛 酸 酯偶 联 剂 N Z2 1和 硬 脂 酸 处 理 纳 米二 氧化 硅 , 对 改 性 效 果 进 H5 0、 D .0 并
纳 米 SO 为 无 定 型 白 色 粉 末 … , 目前 世 界 上 i, 是
KH_550改性纳米二氧化硅的研究_解小玲
Study of Nano- scale Silica modification by KH-550
XIE Xiao-ling, GUO Ru-i jie, JIA Hu-sheng, LIU Xu- guang, XU Bing-she
( College of M ater ials Science and Eng ineer ing of T aiy uan Univer sity of T echnology , T aiy uan 030024, China)
212. [ 8] 郑水林. 粉体表面改性[ M ] . 北京: 北京工业出版社, 1995. [ 9] T eof il J, A ndrzej K . Inf luence of s ilan e couplin g agen ts on surf acepr op ert ies of precipit at ed sil icas[ J] . A pplied S urf ace Sc-i
表 1 羟基紫外线吸收率
改性剂质量
分数/ %
60
0. 5
0. 056 5
1. 1
0. 045 7
1. 5
0. 045 3
2. 3
0. 044 1
3. 2
0. 036 0
3. 5
0. 009 3
4. 1
0. 007 2
4. 3
0. 007 8
5. 2
0. 008 2
时间/ min
90
120
150Biblioteka 180中图分类号: T B383
文献标识码: A
随着 SiO2 的制备技术发展及改性研究的深入, 超微细乃至纳米 SiO 2 在橡胶、塑料、粘合剂、涂料和 功能材料等领域应用更加广泛。
纳米二氧化硅修饰-改性文献总结
一、单分散纳米二氧化硅微球的制备及羧基化改性赵存挺,冯新星,吴芳,陈建勇2009年第11期(40)卷采用改进工艺条件的St ber法制备纳米SiO2微球用KH-550硅烷偶联剂和丁二酸酐对纳米二氧化硅表面羧基化改性。
结果表明,纳米二氧化硅表面成功接枝了羧基官能团。
2.1主要试剂正硅酸乙酯(TEOS,AR);无水乙醇(AR);氨水,含量为25%~28%;去离子水;硅烷偶联剂KH-550,纯度≥95%;丁二酸酐(AR)。
2.2二氧化硅微球的制备将一定量无水乙醇、去离子水和氨水混合磁力搅拌约20min成均匀溶液。
将4ml正硅酸乙酯分散在20ml无水乙醇中,磁力搅拌约30min混合成均匀溶液。
然后将上面两种溶液混合在100ml单口烧瓶中,在一定温度下恒温磁力搅拌5h即生成二氧化硅微球溶胶。
小球经多次醇洗离心分离后,即得SiO2小球样品。
2.3二氧化硅微球表面羧基化改性将等摩尔的KH-550和丁二酸酐均匀分散在一定量的DMF中,一定温度下磁力搅拌3h后,往该体系中加入经过超声分散的约20ml二氧化硅的DMF悬浊液,同时加入2ml去离子水。
在相同温度下继续磁力搅拌5h后,用超高速离心机分离出纳米二氧化硅,多次醇洗离心分离后,即得到羧基化改性后的纳米二氧化硅。
改性的纳米SiO2标为样品S1,未改性的标为S0。
SiO2表面羧基的引入不仅提高了纳米粒子与基体的界面相容性,更重要的是羧基宽广的反应范围和易于离子化的特性赋予了纳米粒子很高的反应活性,使之可以广泛地应用于纳米粒子自组装[5]、高分子材料改性剂、水处理剂、催化剂和蛋白质载体、微胶囊包埋等领域[6]二、二氯二甲基硅烷改性纳米二氧化硅工艺研究唐洪波李萌马冰洁精细石油化工第24卷第6期2007年11月以纳米二氧化硅为原料,乙醇为溶剂,二甲基二氯硅烷为改性剂,水为改性助剂,较佳工艺条件为:二甲基二氯硅烷用量15%,预处理温度120℃,预处理时间50min,回流温度130℃,回流时间50min,水用量4%。
纳米SiO2表面高聚物接枝改性的研究
2. fi n c e r Hee Xig h nWi e& C beC . a l o ,hd , Hee 2 0 1 ,Chn ) . fi 3 0 1 ia
Ab ta t Th s ra e te t n f n n - tr S O2ma e b sn i n o p ig a e t KH一 7 i nr — sr c : e u fc r ame t o a o mee i d y u ig sl e c u l g n a n 5 0 s ito
在这 种立 体 网状结构 中分子 问作 用力 很强 。因此在 应 用过 程 中 ,采 用一 般 的直 接共混 方法 难 以获得 纳米 尺 度上 的均 匀分 散 以及纳 米 粒子 与高分 子材 料 间 良好 的
启 东精 细化 工二 厂 ;丙酮 :合肥 工 业 大学 化工 厂 ;过
氧化 苯 甲酰 (P ) B O :天 津市 福 晨化 学 试剂 厂 。
1 2 合成 与表 征 . 12 1 纳米 SO 的改 性 .. i, 称取 1 0g干燥 的纳米 SO 放 人 50 m i2 0 L圆底 烧 瓶 中 ,然 后加 入 20m 0 L乙 醇/ 为 1 5的 乙 醇溶 液 ,超 水 /
界 面粘 接 ,很 难均 匀分 散 在有 机 聚合 物 中 ,颗 粒 的纳 米效 应很难 发 挥 出来 。 因此 对纳 米粒 子 的表 面进行 处 理 ,以改 善纳 米粒 子与 高 分子基 体 的界面 相容 性及 其 在 高分子 基体 中的分散 性 ,是 实现 纳米粒 子对 高分 子
纳米二氧化硅表面改性的研究
等通过原位 表面改性制备
入三口瓶中, 然后加入甲苯和钛酸酯偶联剂 , 搅拌并 超声振荡 , 而后升温至指定温度, 回流, 然后抽滤 , 洗 涤, 放入烘箱中干燥 , 制得改性后的纳米 SiO2。 ( 3) 硬脂酸改性纳米 S i O2 将一定量的硬脂酸和 NaOH 置于三口瓶中, 加 入适量开水, 升温搅拌, 待硬脂酸和 NaOH 全部溶解 加入一 定量的 纳米 SiO2。恒温 搅拌一 定时 间, 抽 滤, 用无水乙醇洗 去表面的有机 物, 再用水 洗涤一 次, 干燥, 即制得改性后的纳米 S i O 2。 1 4 改性效果的表征 ( 1)亲油化度的测定 将 1g 改性后的纳米 S i O 2 粉体置于 40mL 蒸馏 水中 , 然后逐滴地滴定甲醇, 当漂浮在水面上的粉体 完全润湿后, 记录甲醇的加入量 V ( mL ) , 则 亲油化度 = ( V / 40+ V ) ∀ 100 % ( 2)吸水率的测定 将 1 000g 改性后的产品均匀铺洒在表面皿上, 然后放入盛有适量水的干燥器中 , 放置一定时间后, 称量并计算粉体增加的质量 m, 按下面的公式计算 其吸水率。 吸水率 = (m / 1 000) ∀ 100 %
充效果, 所以 , 有必要对其进行表面改性。目前, 采 用硅烷偶联剂、 钛酸酯偶联剂对纳米 S i O2 进行表面 改性的研究有报道 , Zh iW en W ang 等
8!
以超临界
CO 2 为溶剂、 以钛酸酯偶联剂 NDZ 201 为改性剂对 纳米 SiO2 进行了表面改性 , 修饰后纳米 S i O 2 由亲 水变为疏水, I R 和热重分 析表明纳米 S i O 2 和钛酸 酯偶联剂主要 是通过化学键相互作用的。 Yan lo ng T a i等
粉体置于40ml蒸馏水中然后逐滴地滴定甲醇当漂浮在水面上的粉体完全润湿后记录甲醇的加入量yml则亲油化度v40y1002吸水率的测定将10009改性后的产品均匀铺洒在表面皿上然后放人盛有适量水的干燥器中放置一定时间后称量并计算粉体增加的质量m按下面的公式计算其吸水率
纳米二氧化硅表面改性
纳米二氧化硅表面改性一、本文概述纳米二氧化硅作为一种重要的无机纳米材料,因其独特的物理化学性质,如高比表面积、良好的化学稳定性和独特的光学性质等,在众多领域如橡胶、塑料、涂料、医药、化妆品和食品工业等都有着广泛的应用。
然而,纳米二氧化硅的高比表面积和表面能导致其易于团聚,从而影响了其性能和应用。
因此,对纳米二氧化硅进行表面改性,以改善其分散性和与其他材料的相容性,一直是纳米材料领域的研究热点。
本文旨在深入探讨纳米二氧化硅表面改性的各种方法、原理及其在实际应用中的效果。
我们将首先介绍纳米二氧化硅的基本性质和应用领域,然后重点论述表面改性的重要性以及目前常用的表面改性方法,包括物理改性和化学改性两大类。
在此基础上,我们将对改性后的纳米二氧化硅的性能进行评估,并探讨其在实际应用中的潜力和挑战。
我们将展望纳米二氧化硅表面改性的未来研究方向和应用前景。
通过本文的阐述,我们希望能够为从事纳米材料研究和应用的科研人员提供有价值的参考,推动纳米二氧化硅表面改性技术的进一步发展,并为其在各领域的广泛应用提供有力支持。
二、纳米二氧化硅的表面性质纳米二氧化硅(SiO₂)是一种重要的无机纳米材料,因其独特的物理化学性质,如高比表面积、优异的热稳定性、良好的光学透明性等,在众多领域如涂料、橡胶、塑料、陶瓷、生物医药等都有着广泛的应用。
而纳米二氧化硅的表面性质,特别是其表面结构和活性,直接影响了其在这些领域的应用效果。
纳米二氧化硅的表面结构主要由硅羟基(Si-OH)构成,这些硅羟基可以是孤立的,也可以是连生的,形成硅氧烷键(Si-O-Si)。
这些硅羟基的存在使得纳米二氧化硅表面带有亲水性,易于形成氢键,从而表现出强烈的吸附性能。
同时,硅羟基也是纳米二氧化硅表面改性的关键,通过对其进行化学反应,可以引入各种有机官能团,从而改变其表面性质。
纳米二氧化硅的表面活性主要源于其高比表面积和大量的表面硅羟基。
高比表面积使得纳米二氧化硅能够与其他物质进行充分的接触和反应,而大量的表面硅羟基则提供了丰富的反应位点。
二氧化硅表面改性及其应用
二氧化硅表面改性及其应用二氧化硅是一种广泛使用的材料,其在各种应用中都起着重要作用,包括制备催化剂、电子材料、涂料、化妆品等等。
然而,二氧化硅纳米颗粒表面的缺点也就更加突出,例如硅氧键的可反应性差,容易出现聚集现象,从而影响其化学和物理性质。
为了克服二氧化硅表面的缺点,二氧化硅表面的修饰变得越来越重要。
在这里,我们将探讨二氧化硅表面改性及其应用。
首先,我们将讨论各种常见的二氧化硅表面改性方法,以及如何通过表面改性来提高材料的性能。
然后,我们将探讨二氧化硅表面改性在一些应用中的作用,例如在电子器件、涂料、化妆品等领域中的应用。
最后,我们将简要总结未来的发展方向和研究前景。
一、二氧化硅表面改性方法对于二氧化硅来说,改善其表面化学性质的方法包括物理、化学和生物化学方法等。
已经开发出了各种方法来改善二氧化硅纳米颗粒的表面化学性质,其中包括化学修饰和吸附等技术。
化学修饰是指在纳米颗粒表面化学键形成的同时,通过共价化学反应或其他方法来改善纳米颗粒表面化学性质。
例如,磺酸化二氧化硅纳米颗粒表面上的硅氧键被磺酸基取代,从而增加了其亲水性。
另一个例子是,使用羧酸等负离子表面活性剂来修饰二氧化硅纳米颗粒表面,从而增加纳米颗粒与其他材料的悬浮度、降低表面能。
吸附法是其中一种不进行化学反应的方法。
吸附剂在二氧化硅纳米颗粒表面上通过分子静电力与一定的化学反应而捆绑。
吸附剂的种类主要有金属离子、有机分子和聚合物。
例如,硅胶表面吸附上羧酸等表面活性剂后,可提高其对水的亲和力,增加其水解性能。
另外,还有物理和生物化学方法,如固相反应、离子交换和酶处理等方法。
这些方法也能有效地改善二氧化硅纳米颗粒表面的物理和化学性质。
二、二氧化硅表面改性的应用二氧化硅表面改性可以改善其物理和化学性质,从而使其在电子器件、生物医学、催化剂,涂料和化妆品等领域有广泛的应用。
在电子材料中,二氧化硅纳米颗粒经过表面修饰后,可用于制备电子材料如薄膜晶体管、LED、染料敏化太阳能电池以及半导体领域的其他应用。
纳米二氧化硅表面接枝聚合改性研究进展
N n SO 表 面 引 入 活 性 基 团 之 后 , 以 利 用 活 性 基 团 的 性 ao— i 可 质 , 行 自由基 、 子 转 移 等 方 法 接 枝 聚 合 或 共 聚 。 进 原
1 Na o— i 微 粒 表 面 接 枝 聚 合 改 性 的 方 法 n SO
N n SO 微 粒 表 面 接 枝 聚 合 改 性 的 方 法 主 要 有 两 种 : ao— i ( )接 枝 于 ( r t g f m )法 ;( 1 G a i r fn o 2)接 枝 到 ( r t g Gai fn
( .河南科技 大 学 高分 子科 学与 纳米技 术重 点 实验 室 , 1 河南洛 阳 4 10 ; .洛 阳理 工 学院 , 703 2 河南洛 阳 4 12 ) 7 0 3
摘 要 : 了纳米二 氧化硅 ( a o i 微粒表面接枝 聚合改性 的基本方法 , 综述 N n —SO ) 分析 了各种表 面接枝 聚合改性方
N n —SO 表 面 改 性 方 法 很 多 , 要 有 : 1 外 膜 包 覆 改 ao i, 主 ()
面 , 围单体发生 聚合 , 与周 达到接枝 聚合改性 的 目的 。接枝 于
法 主要 有 2种 方 法 : 1 引 入 单 体 ;2 引 入 引发 剂 。 () ()
0 引 言
无机纳米粒子复合聚合物材料可使聚合 物 的性 能等得到 显著改善 , 因此 , 聚合 物纳米复合技术得 到 了广 泛应用 。纳米 二氧化硅( ao i 具有材料来源 易得 、 格低廉 、 N n —SO ) 价 加工耗
能 低 、 环 境 污染 小 等 优 点 , 以在 聚 合 物 填 充 、 性 中 应 用 对 所 改
Pr g e s i o i c to f S f c r fi o r s n M d f a i n o ur a e G a tng i Po y e iato n S lc no r i l l m rz i n o ii a Na pa tc e
纳米二氧化硅的表面改性及其应用进展
9;&*"6*U L;9 M.HK/:9 E3A?K?:/F?30 E9F;3AM 3K 0/03M?>?:/ /0A F;9 9KK9:F 30 F;9 DH3D9HF?9M 3K 0/03:3ED3M?% F?9 E/F9H?/>M V9H9 H9T?9V9A& WF ?0:>.A9M F;9 E3A?K?:/F?30 E9F;3AM 3K K.E9A M?>?:/ /0A :3>>3?A/> M?>?:/& L;9 E9:;/0?ME 3K H9/:F?30 R9FV990 0/03M?>?:/ /0A D3>JE9HM /0A 0/03M?>?:/XM /DD>?:/F?30M ?0 D3>JE9HY0/03:3E% D3?F9M V9H9 /0/>JZ9A /0A A?M:.MM9A& L;9 K.F.H9 3K M.HK/:9 E3A?K?:/F?30 3K 0/03M?>?:/ ?M />M3 DH3MD9:F9A& <=->."7&U 0/03M?>?:/O M.HK/:9 E3A?K?:/F?30O :3ED3M?F9 E/F9H?/>MO /DD>?:/F?30O H9T?9V
纳米二氧化硅的结构及表面改性对橡胶复合材料性能影响的研究进展
专论·综述 合成橡胶工业,2009-11-15,32(6):522~526CH I N A SY NTHETI C RUBBER I N DUSTRY纳米二氧化硅的结构及表面改性对橡胶复合材料性能影响的研究进展许石豪,刘 丰,李小红,张治军3(河南大学特种功能材料教育部重点实验室,河南开封475001) 摘要:分析了纳米Si O2结构及表面改性对其填充橡胶复合材料性能的影响,对比了不同表面改性方法对Si O2增强效果的影响,指出基于良好分散性的适度结构化和高效功能化表面改性是提高Si O2增强橡胶复合材料性能的重要因素。
简要介绍了纳米Si O2在橡胶复合材料中的应用研究现状。
关键词:纳米二氧化硅;结构;表面改性;橡胶纳米复合材料;综述 中图分类号:T Q330138+3 文献标识码:A 文章编号:1000-1255(2009)06-0522-05 近年来,橡胶/无机纳米复合材料以其独特的性能引起了人们的关注,这类复合材料综合了橡胶的韧性、可加工性、介电性和无机粒子的强度、模量、结构稳定性等优良性能,实现了有机高分子与无机纳米材料的分子级复合[1],赋予了橡胶材料许多新奇的特性和规律。
科研工作者对黏土[2]、碳纳米管[3]、蒙脱土[4]、Mg(OH)2等许多无机纳米材料在橡胶基体中的增强作用做了大量研究,并已取得了较为理想的成果。
纳米Si O2是最早诞生的纳米材料之一,也是目前世界上大规模生产的一种纳米粉体材料。
作为一种优良的结构和功能材料,纳米Si O2具有粒径小、表面活性高、耐高温、无毒、无污染等优点,这为Si O2/橡胶纳米复合材料的研究与开发开辟了新的领域[5-8]。
然而,纳米Si O2较高的表面活性使其在使用过程中极易团聚,而且Si O2与大多数橡胶基体材料相容性较差,这些因素都限制了Si O2在复合材料中性能的发挥。
因此,探讨纳米Si O2独特的微观结构和表面性质对橡胶复合材料机械、黏弹、加工等性能的影响具有十分重要的意义。
Al(OH)3改性纳米SiO2表面的研究
S ra eM o i c t n o n .i b ( u f c df ai fNa o S0, y Al oH ) i o
L U S a -ig , HE h o u Z AN Yn Z AO Y n se g , / h obn C NG S a - 彻 , H G ig , H a -h n j ( .Ma r l n ier gD pr e t f uy n ntueo e h o g ,L oa g 7 3 hn ; .O d a c 1 t i gnei e at n o L oa gIstt f c nl y uy n 2 ,C i 2 rn ne eaE n m i T o 41 0 a E g er gC l g , hj z un 5 0 3 hn ; .T i a nvri f eh o g , a un0 0 2 C ia n i ei o ee S iah ag0 0 0 ,C ia 3 ay nU i s yo c n y T i a 3 0 4, hn ) n n l i u e t T o y
纳米二氧化硅粉体的表面改性研究
纳米二氧化硅粉体的表面改性研究一、本文概述随着纳米科技的飞速发展,纳米二氧化硅粉体因其独特的物理化学性质,在众多领域如橡胶、塑料、涂料、陶瓷、医药和化妆品等中得到了广泛的应用。
然而,纳米二氧化硅粉体的高比表面积和强表面能使得其极易发生团聚,这不仅影响了其性能的发挥,也限制了其在某些领域的应用。
因此,对纳米二氧化硅粉体进行表面改性,提高其分散性和稳定性,成为了当前研究的热点之一。
本文旨在探讨纳米二氧化硅粉体的表面改性研究,通过对表面改性方法、改性剂种类和改性效果等方面的深入研究,为纳米二氧化硅粉体的应用提供理论支持和实践指导。
文章首先介绍了纳米二氧化硅粉体的基本性质和表面改性的重要性,然后综述了目前常用的表面改性方法,包括物理法、化学法和复合法等,并分析了各种方法的优缺点。
接着,文章重点研究了不同改性剂对纳米二氧化硅粉体表面改性的效果,通过对比实验和表征分析,揭示了改性剂种类、用量和改性条件等因素对改性效果的影响。
文章对纳米二氧化硅粉体表面改性的未来发展趋势进行了展望,提出了一些有待进一步研究的问题和方向。
本文的研究结果不仅有助于深入理解纳米二氧化硅粉体的表面改性机制,也为优化改性工艺、提高改性效果提供了有益的参考。
本文的研究也有助于推动纳米二氧化硅粉体在各个领域的应用,促进纳米科技的进一步发展。
二、纳米二氧化硅粉体的基本性质纳米二氧化硅粉体是一种无机纳米材料,因其独特的物理化学性质,在众多领域有着广泛的应用。
其基本性质主要表现在以下几个方面:粒径与比表面积:纳米二氧化硅粉体的粒径通常在1-100纳米之间,这使得其比表面积远大于常规材料。
高比表面积赋予了纳米二氧化硅优异的吸附性能和反应活性。
表面能:由于纳米二氧化硅粉体的高比表面积,其表面能也相对较高。
这使得纳米二氧化硅易于团聚,从而影响了其分散性和应用性能。
表面羟基:纳米二氧化硅粉体表面存在大量的羟基(-OH),这些羟基不仅使纳米二氧化硅具有亲水性,还为其表面改性提供了反应位点。
纳米二氧化硅表面改性条件优化
t e c h n o l o g y w a s d e t e r m i n e d . t h e o p t i m a l a mo u n t o f c o u p l i n g a g e n t w a s 6 %f ma s s r a t i o ) ; mi c r o w a v e p o w e r wa s 3 2 0 W; t h e o p t i ma l a mo u n t o f c o n c e n t r a t e d s u l f u r i c a c i d w a s l _ 2 5 %( m a s s r a t i o ) ; T h e r e a c t i o n t i m e w a s 1 5 m i n .
S c i e n c e & Te c h n o l o g y Vi s i o n
科 技 视 界
科技・ 探索・ 争鸣
纳米二氧化硅表面改性条件优化
王 冲
( 吉林 东北 煤炭 工业 环保 研 究有 限公 司 , 吉 林 长春 1 3 0 0 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 2 )
【 摘 要】 引入微波有机合成技术对纳米 S i O 进行 表面改性 , 考察 了 偶联 剂、 微波功率和辐 照时间、 浓硫 酸用量等对纳米 S i O : 表 面处理的 影响 。 并通过红外光谱和热失重测试考察 了粉体表面化学结构及改性情况 。实验得 出的纳米 S i O 。 表 面处理的最佳工 艺条件 为 : 偶联 剂的用量 为6 %( 质量百分含 量) , 微 波功率为 3 2 0 W, 硫酸 用量为 1 . 2 5 %( 质量 百分含 量) , 微 波辐射反应 时间为 1 5 mi n 。 【 关键词 】 纳米二氧化硅 ; 表 面处理 ; 微波
二氧化硅改性
国药集团化学试 剂有限公司
氨丙基三乙氧基 河南兴华化工原 料有限公司 硅烷(APTES) 环氧树脂E-51 环氧值0.51,分 蓝星新材料无锡 树脂厂 析纯 环氧树脂E-51 上海昊化化工有 限公司 聚酰胺650
七:实验仪器
3.纳米粒子的加入可以阻碍高分子链的 运动,增大交联密度,使玻璃化温度升高, 这对提高耐热性能有利。 2.2缺陷 无机纳米粒子也因其粒径小、比表面大、 具有亲水性,而容易团聚、在聚合物中不 易分散,在一定程度上限制了它的推广应 用。
三:改性纳米二氧化硅增韧环氧树 脂胶黏剂的优点
以硅烷类偶联剂对纳米二氧化硅进行表 面改性,提高纳米二氧化硅在环氧树脂胶 黏剂中的分散性能,增强环氧树脂胶黏剂 的韧性和粘接强度。
四:APTES改性纳米二氧化硅原理
在无水条件下APTS 分子的乙氧基直接与 二氧化硅表面的Si —OH 发生缩醇反应,形 成Si —O —Si 键。由于体系中无水APTS 分子间不会发生反应,因此这种反应生成的 是较规则的单分子层。
五:APTES改性纳米二氧化硅的效果
图4 二氧化硅颗粒的SEM图
九:实验结果
十:拉伸剪切断面SEM分析
十一:红外线表征
十二:结论
(1)通过FT-IR对改性纳米SiO2进行表征分 析,证明用胺丙基三乙氧基硅烷(APTES) 能够成功对纳米SiO2进行改性,并提高了 其在环氧胶基体中的分散性能。
(2)改性纳米SiO2对环氧胶强度的提高具有 显著的效果,当填料用量为0.6%(质量分 数)时,胶黏剂强度最高达22.80MPa,与 空白实验相比,相对强度提高了31%;当 改性纳米SiO2质量分数为0.4%时,最高冲 击强度为10.97×103 J/m2,相对于未改性 的样品,添加改性纳米SiO2冲击强度最大 提高了约66.7%,相对于添加未修饰SiO2 填料的样品,冲击强度提高了52.15%。
硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的表面改性及其分散稳定性
硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的表面改性及其分散稳定性一、本文概述随着纳米技术的迅速发展,纳米材料因其独特的物理化学性质在多个领域展现出广泛的应用前景。
其中,纳米二氧化硅(nano-SiO2)因其高比表面积、优异的物理和化学稳定性以及良好的光学性能等特点,被广泛应用于橡胶、塑料、涂料、陶瓷、医药等领域。
然而,纳米SiO2粒子由于具有高的比表面积和表面能,容易团聚形成大的颗粒,导致其分散稳定性差,限制了其在许多领域的应用。
因此,对纳米SiO2进行表面改性以提高其分散稳定性成为研究的热点。
硅烷偶联剂KH570作为一种重要的有机硅化合物,其分子结构中的乙烯基和甲氧基硅烷基团可以与纳米SiO2表面的羟基发生化学反应,形成稳定的化学键合,从而实现对纳米SiO2的表面改性。
本文旨在研究硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的表面改性效果及其分散稳定性的影响。
通过对比改性前后的纳米SiO2粒子的物理化学性质、表面形貌、分散稳定性等方面的变化,揭示硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2的改性机理,为纳米SiO2在各个领域的应用提供理论基础和技术支持。
本文首先介绍纳米SiO2的基本性质和应用领域,然后阐述纳米SiO2分散稳定性的重要性以及目前常用的表面改性方法。
接着详细介绍硅烷偶联剂KH570的结构特点、改性原理及其在纳米SiO2表面改性中的应用。
通过实验研究和表征手段,探讨硅烷偶联剂KH570对纳米SiO2表面改性的效果及其对分散稳定性的影响。
总结硅烷偶联剂KH570在纳米SiO2表面改性中的应用前景,为相关领域的研究提供有益的参考。
二、材料与方法本实验主要使用的材料包括纳米SiO2粉末(购自某化学试剂公司,纯度≥5%,平均粒径约为20nm)、硅烷偶联剂KH570(购自某化学试剂公司,纯度≥98%)、无水乙醇(购自某化学试剂公司,纯度≥7%)、以及去离子水。
硅烷偶联剂KH570的制备采用标准的化学合成方法。
在无水乙醇中,将适量的KH570与催化剂混合,然后在恒定的温度下进行搅拌反应。
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第4期王云芳等:纳米二氧化硅的表面改性研究383SizeofSi02grain(nm)图1水溶胶中Si05颗粒的大小分布Fig.1SizedistributionofSi02graininhydrosol可以看出,所制得的二氧化硅水溶胶中,二氧化硅成纳米状态分布,粒径为50—127rim,其电子显微镜照片如图2所示。
另外,从二氧化硅水溶胶的红外光谱(图3(a))可以看出,2900cmd为SiOH的吸收峰;3433emd为吸附的水峰;1216em’1为Si—O—Si的不对称伸缩峰;958cmd为SiOH的伸缩峰;471cmd为O—Si·O的畸变吸收峰,说明纳米二氧化硅表面还有大量羟基,因此它可以和许多有机官能团发生作用。
2.2表面羟基值的测定【l列采用离心干燥分离、醇洗,反复5次使溶胶中的二氧化硅分离,1000C真空干燥48h,得到纳米二氧化硅粉体,其红外光谱如图3(a)所示。
称取该粉体29放入100mL的锥形瓶中,加入0.05mol/L的NaOH溶液80mL,密封搅拌24h。
离心分离二氧化硅颗粒后的溶液体积为C毫升(一80mL),从分离的C毫升溶液中量取10mL,用A毫升0.05moL/L的HCl溶液滴定至中性,剩余溶液(C一10mL)用同样的方法滴定至中性所用HCl溶液为B毫升,根据下式可计算出单位重量二氧化硅颗粒表面的羟基含量(x)u引。
茗:盟笔华≈7.8mmol/g茗2——广2Lg上式中,A一中和分离溶液10mL所消耗0.05moL/LHCl溶液的体积数;B一滴定剩余溶液(约70mL)至中性所用0.05mol/LHCI溶液的体积数;w一纳米二氧化硅粉体的克重数。
2.3纳米二氧化硅的表面改性及分析配制2.0wt%纳米二氧化硅水溶胶100mL,并用冰醋酸调节溶液的pH=3.5—4.5,随后加入图2改性前纳米Si02粒子的TEM图片Fig.2TEMphotographsofnano—silicaparticlesbeforemodification400¥0012001600200024002800320036004000Wavcntunber“gnrl图3si02(a),cr,rMS(b)和GPTMS改性Si02(c)的红外光谱Fig.3FTIRgpl圮-q:raof(a)silica,(b)CPa'MSand(c)CPTMS—modifiedsilica2mL偶联剂GPTMS(未水解前的红外光谱如图3(b)所示),磁力搅拌,常温反应2.5h后得到纳米二氧化硅改性溶胶(改性后纳米颗粒溶液的透射电子显微镜显微分析如图4所示)经离心干燥后醇洗(重复五次),常温干燥24h,然后在200℃真空干燥48h得到改性纳米SiO:粉体,其红外图谱如图3(c),从图谱可以看出:纳米二氧化硅接枝GPTMS后,二氧化硅的物理吸附水(3433cm。
)和表面的硅醇羟基Si.OH(958em~,3744emd)明显减少,还有明显的亚甲基(2944em4)的吸收峰,但二氧化硅的特征吸收峰(1100cm~,797—805em~,471cm4)无明显变化,只是Si.O.Si键的伸缩振动吸收峰(1100—1216em。
1)变宽增强。
分析表明,在二氧化硅颗粒表面接枝硅烷偶联剂并未改变二氧化硅的物质组成和结构,只是SiO:表面羟基与硅烷偶联剂水解产生的童SiOH基团缩合,硅烷偶384化学研究与应用第19卷联剂以化学键(Si.0一Si)包覆在SiO:颗粒的外围,使得SiO:颗粒表面的有机成分增多,疏水性增强,由于接枝基团的位阻作用使得改性后的氧化硅胶粒表现出独特的空间稳定性,表面的物理化学性能也发生显著变化,经改性后颗粒的表面能降低,与改性前的透射电子显微分析(图2)比较可以看出,发生聚集的倾向显著降低,这也可通过测定改性前后溶液的‘电位(如图5所示)明显向正电位方向移动得以证实。
2.4热失重分析未改性和改性后纳米两种二氧化硅粉体热失重(TGA)分析结果图如图6所示。
对于未改性的图4GPTMS改性Si02颗粒的TEM图片Fig.4TEMphotographofGPTMSmodifiedsificaparticles100200300400500600700800Tempcrature'C图6未改性siq(a),@cPr惦改巨sq的TCAFig.6TGAfoKa)哪瑚衄ed。
(b)GPTMSmodifiedsilica其接枝反应原理如图8所示,接枝度随GPT-MS的含量而异,并且出现极大值。
根据所测的Si02纳米颗粒表面的羟基值为7.8mmol/g,颗粒表面的羟基要完全反应(图8(3))所需GPTMS的摩尔数应为2.6mmol,体积为2.6/4.336=0.6mL,所以图7接枝度与R(GPTMS(mL)/Si02(g))的纳米二氧化硅粉体,在40℃一2500C温度范围内失重为0.7%,其损失为物理吸附水的减少;在250℃一680℃温度范围内,由于二氧化硅表面的硅醇基团(sioH)发生脱水缩合反应(…SiOSi-+H20),其失重为2.88%。
而对GPTMS改性的纳米二氧化硅粉体,在40℃一250。
C温度范围内失重为o.97%,其失重的也是由于物理吸附水的减少;但在2500C一680℃温度范围内,总失重达到了16.73%,这说明其质量损失量13.85%(=16.73%一2.88%)显然是与二氧化硅颗粒表面发生接枝反应的C删S的百分含量有关。
图5¥i02溶胶和GPTMS改性Si02溶胶的Zeta电位Fig.5Zeta—potentialofsilicasolandCPTMS.modifiedsilicasol图7(PIltE浓度对Q’I幅在sq番面接枝效率的影响Fig.7Theinfluence0fGFrMSconcem枷叩ollthegraftinge缶deney0fGFrM¥O!isilicasurface关系曲线表明,加人大约lmL的GPTMS就可以与Issi02颗粒表面的羟基完全反应,加入过量的GPTMS接枝率变化不明显,理论分析和实验2产生的误差可能是由于水解的GPTMS发生了部分自聚所致。
寥;氙—¨爹纳米二氧化硅的表面改性研究作者:王云芳, 郭增昌, 王汝敏, WANG Yun-fang, GUO Zeng-chang, WANG Ru-min作者单位:西北工业大学化工系,陕西,西安,710072刊名:化学研究与应用英文刊名:CHEMICAL RESEARCH AND APPLICATION年,卷(期):2007,19(4)被引用次数:12次1.Liu Y L.Wei W L.Hsu K Y Thermal stability of epoxy-silica hybrid materials by thermogravimetric analysis[外文期刊] 20042.Macan J.Ivankovi H.Ivankovi M Study of cure kinetics of epoxy-silica organic-inorganic hybrid materials[外文期刊] 20043.Valter C.Cinzia D V Nanostructured hybrid materials from aqueous polymer dispersions[外文期刊] 2004(108-109)4.Que W X.Hu X Spectroscopic investigations on solgel derived organic-inorganic hybrid films for photonics from ormosils and tetrapropylorthotitanate[外文期刊] 20035.罗宁.闰双景.吕志刚纳米SiO2的制取技术及应用研究[期刊论文]-淮阴工学院学报 2003(01)6.吉小利.王君.李爱无纳米二氧化硅粉体的表面改性研究[期刊论文]-安徽理工大学学报(自然科学版) 2004(zk)7.毋伟.贾梦秋.陈建峰硅烷偶联剂对溶胶凝胶法纳米二氧化硅复合材料制备及应用的影响[期刊论文]-复合材料学报 2004(02)8.白红英.贾梦秋.毋伟纳米SiO2的原位改性及在耐热涂料中的应用[期刊论文]-表面技术 2003(06)ardo J.Nassar udio R Functionalized silica synthesized by sol-gel process[外文期刊] 199910.Deng G.Michael A M.Paul R Control of surface expression of functional groups on silica particles [外文期刊] 200011.Michael W.Sefcik J.Lorraine F Reactions of a trifunctional silane coupling agent in the presence of colloidal silica sols in polar media 199912.Jesionowski T.Bzurawska J.Krysztafkiewicz A Surface properties and dispersion behaviour of precipitated silicas[外文期刊] 200113.赵丽.余家国.程蓓单分散二氧化硅球形颗粒的制备与形成机理[期刊论文]-化学学报 2003(04)14.陈小泉.刘焕彬.古国榜单分散酸性纳米二氧化硅的合成新方法[期刊论文]-化学研究与应用 2004(01)15.Yuaga S.Okbayahi M.Ohno H Amorphous,spherical inorganic compound and process for preparation thereof 19881.刘琪.崔海信.孙长娇.黎汉生.顾微.林春梅纳米SiO_2表面改性及其对阿维菌素吸附性能的影响[期刊论文]-农药学学报 2010(1)2.郑水林非金属矿物粉体表面改性技术进展[期刊论文]-中国非金属矿工业导刊 2010(1)3.张伟娜.李云辉.王庆伟.谢学锦.任敏.朱果逸二氧化硅气凝胶最佳表面改性条件的研究[期刊论文]-吉林师范大学学报(自然科学版) 2009(4)4.孙保帅.彭进.邹文俊纳米SiO2改性酚醛树脂结合剂耐热性能的研究[期刊论文]-化学工程师 2009(9)5.徐梅.王建清.金政伟.赵明旭纳米SiO2对纤维素包装薄膜力学性能的影响[期刊论文]-塑料包装 2009(4)6.刘琪.崔海信.顾微.林春梅.李颖硅烷偶联剂KH-570对纳米二氧化硅的表面改性研究[期刊论文]-纳米科技2009(3)7.张伟娜.李云辉.王庆伟.任敏.朱果逸二氧化硅气凝胶的表面改性及热稳定性的研究[期刊论文]-吉林师范大学学报(自然科学版) 2009(2)8.袁清峰.高延敏.吕伟刚KH-550改性纳米SiO2对环氧胶黏剂性能的影响[期刊论文]-化学与黏合 2009(3)9.武艳.李维栋.钱家盛.章于川.夏茹.林宏云纳米氮化硅对氯磺化聚乙烯橡胶耐磨性能的影响[期刊论文]-橡胶工业 2008(12)10.关博文.刘开平.张艳.张晓旭纳米SiO2的制备及改性研究进展[期刊论文]-辽宁化工 2008(5)11.郑丽华.刘钦甫.程宏飞白炭黑表面改性研究现状[期刊论文]-中国非金属矿工业导刊 2008(1)12.余慧明.陈雪梅沉淀纳米SiO2的聚硅氧烷原位改性及应用研究[期刊论文]-化工新型材料 2008(1)本文链接:/Periodical_hxyjyyy200704009.aspx。