硅烷偶联剂对二氧化钛表面改性
硅烷偶联剂对纳米TiO2的表面改性
硅烷偶联剂对纳米TiO2的表面改性∗王琳琳;尚冀宁;许明【摘要】采用硅烷偶联剂JH-N318对纳米TiO2进行表面改性。
考察了硅烷偶联剂JH-N318用量、改性时间、温度及改性介质的pH值对纳米TiO2分散时间的影响;并进行红外、TEM表征。
结果表明纳米TiO2的分散效果明显改善。
当JH-N318用量为3.8%,改性时间为60min,改性温度为45℃,改性介质pH=4.5时,纳米TiO2的分散时间最长,改性效果最好。
%In this paper,the surface of nano-TiO2 were modified by silane coupling agents JH-N318. The infi-uence of the facters including the content of silane coupling agent JH-N318,the modified time,the temperature and the pH value of modified medium which on dispersion time of nano-TiO2 were studied. The prepared samples were investigated by FTIR and TEM. The results show that when the content of silane coupling agent is 3. 8%,modifica-tion time is about 60min,modification temperature is 45℃ and pH value is 4. 5,the effect of the modified TiO2 is the highest,dispersion effect is best.【期刊名称】《合成材料老化与应用》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】5页(P38-41,110)【关键词】纳米TiO2;硅烷偶联剂JH-N318;分散时间;改性效果【作者】王琳琳;尚冀宁;许明【作者单位】银川能源学院石油化工系,宁夏银川750105;银川能源学院石油化工系,宁夏银川750105;银川能源学院石油化工系,宁夏银川750105【正文语种】中文【中图分类】TQ31纳米TiO2复合材料由于它特有的力学、电学、光学及电磁学[1-4]性能而成为各个很多领域的研究热点。
硅烷偶联剂水解及对钛白粉的改性研究
硅烷偶联剂水解及对钛白粉的改性研究秦悦;易德莲;伍林;郑加英;潘琪【摘要】通过电导率对乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂(A-151)的水解行为进行研究,考察了pH、水与A-151体积比和温度对硅烷水解行为的影响,利用A-151的水解特性,对经锆铝二元包覆后的钛白粉进行表面改性,并采用表面接触角测试仪、红外光谱和扫描电镜对有机改性后的二氧化钛进行表征.表面接触角测试显示改性后的二氧化钛制片表面润湿角达108.2°;改性后的粉体在波数为3 078 cm-1处出现了对应的烯烃C-H伸缩振动吸收峰;扫描电镜照片显示改性后的二氧化钛粒子的分散性得到了改善.【期刊名称】《无机盐工业》【年(卷),期】2014(046)002【总页数】4页(P34-37)【关键词】二氧化钛;硅烷偶联剂;水解;表面改性【作者】秦悦;易德莲;伍林;郑加英;潘琪【作者单位】武汉科技大学化工学院,湖北武汉430081;武汉科技大学化工学院,湖北武汉430081;武汉科技大学化工学院,湖北武汉430081;武汉科技大学化工学院,湖北武汉430081;武汉科技大学化工学院,湖北武汉430081【正文语种】中文【中图分类】TQ134.11TiO2作为一种性能卓越的白色颜料广泛地应用于涂料及其他化工行业。
高档颜料要求钛白粉在使用体系中具有良好的稳定性和分散性,因此使用前必须对钛白粉进行预处理。
对TiO2进行无机包覆改性可以提高其耐候性[1];进行有机改性可降低TiO2的表面极性,提高粒子在有机体系中的润湿性和分散性,拓宽其在有机聚合物体系中的应用范围[2]。
近年来,国内外学者针对TiO2的具体实际应用做了大量的研究工作[3-5]。
为获得较好的TiO2改性产品,前人研究工作的重点集中于探索包覆过程的实验条件以及研究包覆机理,却缺乏对改性剂和改性物本身的具体认识。
偶联剂CH2=CH—Si(OC2H5)3(A-151)分子中含双键有机官能团,易与涂料中的有机树脂等有机物反应,实现与有机相较好的结合[6]。
KH560改性纳米二氧化钛对环氧涂层性能影响
KH560改性纳米二氧化钛对环氧涂层性能影响何毅;陈春林;钟菲;范毅;徐中浩【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2014(000)006【摘要】用硅烷偶联剂( KH560)对纳米二氧化钛进行了改性,通过红外分光光度计对其改性效果做了表征。
分别制备了含纳米二氧化钛5%、3%、2%、1%以及0%的TiO2/epoxy(二氧化钛/epoxy)的复合涂层,然后用BGD523 ABRASER型耐磨仪测试了涂层的耐磨性,并通过上海华晨电化学工作站( EIS)测定了复合涂层的阻抗,最后用热重分析仪( TGA)测定了耐热性以及用扫描电子显微镜观察了其表面形貌。
结果表明:在空气环境下,纳米二氧化钛的加入能够提高其热稳定性;对于含不同比例的二氧化钛的TiO2/epoxy的复合涂层,当其含量为2%时,耐磨性和耐腐蚀性能均达到最高。
【总页数】6页(P101-106)【作者】何毅;陈春林;钟菲;范毅;徐中浩【作者单位】油气藏地质及开发工程国家重点实验室西南石油大学,四川成都610500; 西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500;西南石油大学化学化工学院,四川成都610500【正文语种】中文【中图分类】TQ637【相关文献】1.KH560改性双组分室温固化环氧结构胶的制备与性能 [J], 俞寅辉;乔敏;高南箫;冉千平;刘加平2.聚氨酯/KH560改性非离子型水性环氧固化剂的制备与性能 [J], 张孜文;杨建军;吴庆云;吴明元;张建安3.KH560表面改性纳米BaTiO3/环氧树脂压电复合材料 [J], 申艳平;李俊仪;陈忠红;鲍好园;杨雄发;华西林;罗蒙贤;来国桥4.固化剂对有机改性凹凸棒石/聚苯胺环氧树脂复合涂层性能的影响 [J], 雷西萍;刘钟余;王翀;付强;王冰鑫5.KH560改性纳米硅溶胶对苯丙涂层性能的影响 [J], 杨光;邓安仲;陈静波因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
硅烷偶联剂对纳米TiO_2表面改性的研究
硅烷偶联剂对纳米TiO 2表面改性的研究徐 惠,孙 涛 (兰州理工大学石油化工学院,兰州730050) 摘 要:筛选了最佳表面处理剂为硅烷偶联剂(KH570),研究了偶联剂用量、pH 值、时间等因素对纳米Ti O 2有机化表面改性的影响。
采用亲油化度实验、红外光谱、透射电镜等手段表征了纳米二氧化钛的改性效果和结构。
实验结果表明:KH570以化学键合的形式结合于纳米Ti O 2表面,当硅烷偶联剂用量为10%、pH 值为615、处理时间为110~115h 时,Ti O 2的有机化表面改性效果最好,Ti O 2在乙醇中达到纳米级的分散。
关键词:纳米Ti O 2;KH570;有机表面改性;亲油化度中图分类号:T Q 63014 文献标识码:A 文章编号:0253-4312(2008)04-0001-04作者简介:徐惠(1966—),女,博士,教授,主要从事纳米复合材料的研究。
Surface M od i f i ca ti on of Nanosi zed T iO 2w ith S il ane Coupli n g Agen tXu Hui,Sun Tao(College of Petroche m ical Technology,L anzhou U niv of Tech,L anzhou 730050,China ) Abstract:Silane coup ling agent (KH570)is selected as the best op ti m al surface treat m ent agent,theinfluence of the fact ors (the content of silane coup ling agent,pH value,and ti m e )on the surface modifica 2ti on are studied .The p repared sa mp les are investigated by the li pophilic degree test,FTI R and TE M.The results show that when the content of silane coup ling agent is 10%,pH is 615and modificati on ti m e is about 115h,the li pophilic degree of the modified Ti O 2is the highest;KH570is bound on the surface of the nanos 2ized Ti O 2particles;the modified nanosized Ti O 2is dis persed in nanoscale in ethanol . Key W nanosized Ti O 2;KH570;organic surface modificati on;li pophilic degree0 引 言纳米Ti O 2是一种附加值很高的功能精细无机材料。
硅烷偶联剂KH570对纳米SiO_2的表面改性及其分散稳定性
·1598·
化工进展
2009 年第 28 卷
数目/%
20
2.4 Zeta 电位分析
与水亲和力差的难溶性纳米 SiO2 粉体高度分
15
散在水溶液中形成 SiO2 溶胶,在纳米 SiO2 粒子与
水接触的界面上,由于发生电离、粒子吸附等作用,
10
使纳米 SiO2 的表面带电,固、液两相分别带有不同
5
的电荷,在纳米 SiO2 与水相对运动的界面到溶液内
将一定量的纳米 SiO2 加入无水乙醇/水(体积 比为 3︰1)的混合溶液中,在 4000 r/min 高速剪切 下使其充分分散,调节剪切速率至 2000 r/min,反 应温度 70 ℃左右,加入质量分数为 20%的硅烷偶 联剂 KH570,用草酸溶液调节体系 pH 值至 4 左右。 反应 90 min 将纳米 SiO2 悬浮液抽滤,滤饼经干燥、 研磨,即得改性纳米 SiO2 粉体。 1.3 分析表征
d/nm
1000
(b)按体积统计粒径分布
10000
图 3 改性前纳米 SiO2 团聚体粒径分布图
20
-200
-100
0
100
200
Zeta 电位/mV
(a)改性前 SiO2 溶胶的 Zeta 电位分布
强度
15
数目/%
10
体积/ %
5
0
1
10
100
1000 10000
d/nm
(a)按数目统计粒径分布
20
200nm
图 1 未改性纳米 SiO2 透射电镜照片
200nm
图 2 KH570 改性后纳米 SiO2 透射电镜照片
2.3 粒径分布分析 采用透射电镜只能定性的看出改性前后纳米
硅烷偶联剂改性纳米二氧化钛并接枝丙烯腈的机理_王雅珍
2015年第34卷第11期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·3985·化工进展硅烷偶联剂改性纳米二氧化钛并接枝丙烯腈的机理王雅珍1,陈国力2,岳成娥1,赵宇2,何子健1(1齐齐哈尔大学材料科学与工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161006;2齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161006)摘要:主要研究了硅烷偶联剂(KH-560)改性纳米二氧化钛(TiO2)制备TiO2(KH-560)以及TiO2(KH-560)与丙烯腈(AN)接枝聚合生成TiO2(KH-560)-g-AN的反应机理。
通过傅里叶变换红外(FT-IR)分析确定了TiO2(KH-560)和TiO2(KH-560)-g-AN的官能团结构。
通过X射线光电子能谱(XPS)分析,由TiO2(KH-560)中的氧元素和碳元素结合能的微小变化,引起C1s、O1s化学环境的变化,来确定TiO2(KH-560)的结构;由TiO2(KH-560)-g-AN 的氧元素、碳元素和氮元素的结合能微小变化引起C1s、O1s、N1s化学环境的变化,从而确定了TiO2(KH-560)-g-AN的结构。
结合FTIR和XPS两者的分析,最终确定TiO2(KH-560)-g-AN的反应机理。
关键词:纳米粒子;丙烯腈;化学反应;聚合物;机理中图分类号:TQ 311 文献标志码:A 文章编号:1000–6613(2015)11–3985–05DOI:10.16085/j.issn.1000-6613.2015.11.025Mechanism of nano-TiO2 modified silane coupling agent and graftingacrylonitrileWANG Yazhen1,CHEN Guoli2,YUE Cheng’e1,ZHAO Yu2,HE Zijian1(1College of Materials Science and Engineering,Qiqihar University,Qiqihar 161006,Heilongjiang,China;2College of Chemistry and Chemical Engineering,Qiqihar University,Qiqihar 161006,Heilongjiang,China)Abstract:The reaction mechanism of nano-titanium dioxide (TiO2) modified with the silane coupling agent (KH-560) grafted with acrylonitrile(AN) to produce TiO2(KH-560)-g-AN was studied.Functional group structures of TiO2 (KH-560) and TiO2(KH-560)-g-AN were determined by Fourier transform infrared (FT-IR) analysis. The results of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis show that chemical environment of C1s,O1s in TiO2(KH-560) are caused by slight variations of oxygen and carbon element binding energy in TiO2(KH-560). So the structure of TiO2(KH-560) is determined. Chemical environment of C1s,O1s,and N1s in TiO2(KH-560)-g-AN are caused by slight variations of oxygen,carbon,and nitrogen element binding energy in TiO2(KH-560)-g-AN. So the structure of TiO2(KH-560)-g-AN is determined. The graft polymerization mechanism of TiO2(KH-560) and AN is determined ultimately by the analysis of both FT-IR and XPS.Key words:nanoparticles;acrylonitrile;chemical reaction;polymers;mechanism纳米二氧化钛具有良好的紫外线吸收作用,能提高复合材料的耐老化性能[1-3],聚丙烯腈(PAN)具有抗紫外老化的作用[4-6]。
硅烷偶联剂水解及对钛白粉的改性研究
H ydrolysis of silane coupling agent and organic m odif ication of titanium dioxide
The inf luences of pH .volume ratio of water to A一151.and temperature on the hydrolysis of silane were investigated.By utiliz— ing the hydrolysis characteristic ofA 一151,surface m odif ication oftitanium dioxide,which was coated with zirconium and a· luminum composites,was carried out.And then the organic modif ied titanium dioxide was character ized by sur face contact an— gle instrument,FT—IR ,and SEM.Results showed that the surfaee contact angle of modif ied titanium dioxide was 108.2。,the modified powders appeared of a peak at 3 078 cm一 which was corresponding to the olef in C— H stretching vibration.and the SEM photos showed the dispersion of the modified titanium dioxide was improved. Key words:titanium dioxide;sfiane couphng agent;hydrolysis;surface modif ication
分析硅烷偶联剂对纳米TiO2改性及应用的进展
分析硅烷偶联剂对纳米TiO2改性及应用的进展近年来纳米二氧化钛(TiO2)被广泛应用到各个领域,但是在研究中发现TiO2在应用中会遇到许多实际问题,比如TiO2最大的问题是在其他物质中的分散性差,而且容易团聚,降低其使用性能。
为了将TiO2更好的应用在聚丙烯(PP)等材料中,科研工作者采用多种方法对纳米TiO2进行了改性,提高它在PP等材料中的分散性,进而提高它的使用性能,延长使用寿命。
1 TiO2的优缺点TiO2具有的紫外线屏蔽和吸收作用、抗老化、光催化等性能,使其应用于化工产品可以明显地改善产品的抗紫外和抗老化性能。
TiO2粒径的大小影响着TiO2抗紫外线的机理,反射、散射主要是阻隔紫外线的中长波,这时TiO2的粒径也较大。
而对于长波区反射、散射不是很明显同粒径较大的TiO2比。
与粒径大的TiO2比较,吸收主要是中波处,反射、散射对长波影响较小,因为TiO2的粒径比较小。
2 改性TiO2的方法及应用的研究进展近几年来,向PP等材料里添加纳米无机物质,并制备PP等纳米复合材料已经引起了许多研究者的关注,纳米TiO2在制备与后处理、研究及应用领域等方面都取得了新的进展,但是由于纳米TiO2表面能太高,很难均匀地分散在聚合物基质中,且无法与PP等高分子材料有很好的联接,使用一段时间后会发生纳米TiO2脱离的情况。
为了解决这个问题,需要对纳米TiO2的改性方法进行研究,其中最常用的是涂覆偶联剂、表面活性剂改性和聚合物改性等方法,从而改善PP等材料的抗老化性能。
2.1 硅烷偶联剂改性纳米TiO22.1.1 硅烷偶联剂KH-560改性纳米TiO2陈宇飞等[4]将TiO2表面用KH-560进行有机化处理,纳米TiO2的表面接枝后形成化学键,接枝率为2.97%。
张大兴等采用KH-560处理TiO2和SiO2,它们的亲油化度和分散状态通过亲油化度、SEM 等测试比较,结果表明,改性后的粒子分散性得到了提高。
2.1.2 硅烷偶联剂KH-570改性纳米TiO2刘楠楠等将纳米TiO2与KH-570反应,再制备纳米TiO2粒子的核-壳型复合粒子,通过吸水率、拉伸强度和热重分析测试表明,纳米TiO2可以提高聚合物的耐水性、耐候性和拉伸强度。
纳米二氧化钛改性的研究
种 双功 能 基团结 构 的化 合物 皆可称 作偶 联剂 。本 实 验 采用 硅烷 偶联 剂 对纳 米二 氧化 钛 进行 表面 化 学改
性。
外光 吸收 剂 [ ; 而 , 纳 米 Ti 与 聚 合 物 复 合 以 2因 ] 将 O。 后 , 提 高聚合 物 的 耐老 化性 能 。纳米 Ti 还具 有 可 O。 很 好 的光 催 化 作 用 L, 光 照 条 件 下 能 够 降 解 有 机 3在 ]
污染 物 、 杀死 细菌 , 用到 涂 料 中可 以制得 具 有环 保 应
功 能 的涂 料 。纳 米材 料表 面 能高 , 现强 极性 , 于 呈 处
1 实验 部 分 1 1 纳 米二 氧化 钛表 面处 理 工 艺 . 05 . g二 氧 化 钛 , 性 剂 适 量 , 定 量 的 去 离 子 改 一
沉 时 (i 降 间I ) I 1 n
原 子 、 氧 基 、 烯 酰 基 等 , 些基 团与 粒 子表 面 的 烷 丙 这
某 些 基 团发 生 作 用 , 粒 子 表 面 化 学 成 键 ; 为有 在 R
结 果发现 未 改性 的二 氧 化钛颗 粒 很快 在底 部 沉
积 , 5分 钟 内基 本 完全 沉 降下 来 。而 经 表 面 改性 且 ,
维普资讯
4
内 蒙 古石 油i r L_ -
20 年第 1 期 08 4
纳 米 二 氧 化 钛 改 性 的 研 究
陈秋 月
( 蒙 古工 业 大 学 , 蒙 古 呼 和 浩 特 内 内 005) 1 0 1
.
摘
要 : 用硅烷 偶联 剂对纳 米 二氧化 钛进 行 改性 , 采 并对改性 前 后 的纳 米二 氧化 钛 在 甲苯 中的沉 降
硅烷偶联剂改性TiO2/室温硫化硅橡胶介电弹性体
动阻力 ,因此与传统汽车轮胎相 比,可节省多达
8 %的燃油 ;同时,二氧化硅 一硅烷 系统 可确保 轮 胎优 异 的抓地 力 ,即使 在湿 滑或 冰雪 路 面上也
毫不 逊 色 。 自 1 1月 初 起 ,欧 洲 已开 始 实施 轮胎 标签 制 度 。轮胎 标签 可使 消费 者对 其关 注 的燃油
第1 期
行业动态
・ 6 5 ・
赢创 大 幅扩产 沉淀 法 二氧化 硅
效率 、二 氧 化碳 减排 、湿 滑路 面 制动及 滚 动 噪声
赢创 工业 集 团继续 推动 用 于制造 高 品质 汽车
轮胎的沉淀法二氧化硅产品的增长战略。计划投 资近 1 亿欧元 、在 2 0 1 4年之前 将该产 品的全球 产能较 2 0 1 0年提高约 3 0 %。 目前 ,已经完成 了 约一半 的扩产 目标 。
度的升高,苯基硅橡胶 的损耗因子降低 ;随频率
沉 淀 法二 氧化硅 市 场 的开发 主要顺 应 低滚 动 阻力轮 胎 的应用 趋 势 。二 氧 化硅通 常 与硅 烷一 同 用 作轮 胎橡 胶 的补 强填料 ,可大 幅减 少轮 胎 的滚
等诸多方面的信息一 目了然。 日 本 已经推行了可 选择 性标 签 政策 ,而 韩 国和 巴西 等 国家也 正在 实 施 自己的标签政策。此外 ,在一些高速发展 的国
性体
6 7 6亿美元 ,2 0 1 5年 预计 将达 到 8 4 3亿美 元 , 主打产 品是洗发水 和护发 素。而在每年 推 出的 1 0 0 0 0多种新产品中,约有 6 0 % 的产品至少含 种有 机 硅材 料 。有机 硅具 有独 特 的化学 和 物理
一
北京化工大学的赵航等人用硅烷偶联剂 y一
的升高 ,混炼胶的损耗因子降低 , 而硫化胶 的损 耗 因子则 升 高 ,混炼 胶 的损耗 因子 比硫 化 胶 的损
三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布
三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布在材料科学领域中,包覆技术是一种常见的表面修饰方法,它可以改善材料的性能并拓宽其应用范围。
在二氧化钛领域,三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布是一个备受关注的研究课题。
本文将对这一主题进行深入探讨,分析其意义、原理及应用,并结合个人观点进行全面回顾。
对于三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布的研究,首先要明确其背景和意义。
二氧化钛是一种重要的功能材料,具有光催化、光谱响应等优异性能,在环境净化、能源转化等领域有着广泛的应用前景。
然而,二氧化钛粒子的分布不均匀和粒径不一致性常常限制了其性能和应用。
通过包覆技术调控二氧化钛粒径分布,成为改善其性能的一种重要途径。
我们将着重介绍三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布的原理和方法。
三乙氧基辛基硅烷是一种有机硅偶联剂,其分子结构中含有亲脂疏水双亲性基团,能够与二氧化钛表面发生化学键结合。
通过将三乙氧基辛基硅烷分散于溶剂中,与二氧化钛颗粒进行反应,并在特定条件下形成包覆层,从而实现对二氧化钛粒径分布的调控。
这种方法简单易行,能够实现对二氧化钛粒子表面的修饰,提高其分散性和稳定性。
在实际应用中,三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布不仅可以改善其性能,还可以拓宽其应用领域。
在催化剂领域,包覆后的二氧化钛粒子具有更大的比表面积和更均匀的分布,能够提高催化反应的效率和选择性。
在材料增韧改性领域,包覆后的二氧化钛粒子能够提高聚合物基体的强度和韧性,改善材料性能。
三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布在材料科学领域具有重要的应用前景。
个人观点上,我认为三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布在材料改性中具有重要意义。
通过对二氧化钛颗粒进行表面修饰和包覆,不仅可以改善其性能,还可以实现其在不同领域的应用。
未来,我希望能够通过深入研究和实验,进一步探索这一领域的潜力,并为材料科学的发展做出更多贡献。
总结回顾本文,我们对三乙氧基辛基硅烷包覆二氧化钛粒径分布进行了全面探讨。
纳米隔热涂料用纳米TiO2的表面改性研究
( 煤炭 科 学研 究 总院杭 州环 境保护 研 究所 , 江杭 州 3 10) 浙 121
摘要 : 以硅烷偶联剂为改性剂, 通过 实验研究了纳米 T i 有机化表 面改性的影响因素。 O 结
果表 明 , 烷 偶联 剂 用量为 1% 、 氯 甲烷 作为溶 荆 、 硅 5 二 改性 时 间为 2h 改性后 的 纳米 TO , iz
收 稿 日期 :0 6 9—1 2 0 —0 5
基金项 目: 煤炭科学研 究总 院青年创新基金项 目(05 20 20 — 06
年 )编 号 :05 1 ) ( 20QN 6
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H u —y,H N n —x g UQ n iZ A GMi g i n
r a ̄huE v om na Po co e ac s t e C R , aghu 3 10 , h a n o ni n e tl r e i Rs r I tu , C I H nzo l2 1 C i J H r ttn e h n it n
粒子 表 面化学 成键 ;R为 有机基 团 ,可 以是 甲基 、
热力学非稳态 , 极易团聚 , 在制备纳米保温隔热节 能涂 料 时 ,如果 纳米 材 料不 能很 好地 分散 在其 中 或不以纳米尺寸存在 ,就不能充分发挥纳米材料
乙烯基等,与聚合物分子有很强 的亲和力和反应
能力 。
总之。有效的偶联剂分子结构应该是一端能 与粒子表面基团发生作用 ,另一端与应用环境有 较强相互作用的双功能基 团的化合物。 简言之 , 凡
所具有的特殊性能。 为克服以上缺点, 需对纳米材 料进行表面改性 。表面化学法改性是众多方法之
一
,
即采用化学手段 , 如利用有机官能团等使粒子
纳米二氧化钛表面化学改性及表征
纳米二氧化钛表面化学改性及表征佚名【摘要】以乙醇为溶剂,借助超声作用,利用硅烷偶联剂γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560),对纳米TiO2进行有机化表面改性,采用FT-IR、SEM、TEM和重量法等手段表征了纳米TiO2的有机化程度和结构.实验结果表明:KH-560以化学键合的形式结合于纳米TiO2表面;经SEM、TEM及重量法分析表明,纳米TiO2的接枝率为2.97%.【期刊名称】《哈尔滨师范大学自然科学学报》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】4页(P71-74)【关键词】纳米TiO2;偶联剂;表面改性【正文语种】中文【中图分类】TB3纳米TiO2是一种附加值很高的功能精细无机材料[1-2].因其具有良好的耐热性、耐化学腐蚀性、抗紫外线能力强等特点,被广泛应用于感光材料、光催化剂、化妆品、食品包装材料、陶瓷添加剂、橡胶、塑料、皮革鞣制、高级轿车涂料等领域.但由于纳米级粒子的表面能高,容易发生团聚,形成二次粒子,在有机相中难以浸润和分散稳定性差等缺点,无法表现出令人满意的大比表面积效应、体积效应及量子尺寸效应等纳米特性[3-4].因此为了改善纳米二氧化钛与有机体系的相容性及其在有机体系的分散稳定性,提高添加纳米二氧化钛的复合体系的综合性能,必须对其进行表面改性,通过改变纳米二氧化钛表面的物化性质,提高其与有机分子的相容性和结合力.纳米二氧化钛表面化学改性通常分为偶联剂法、酯化反应法和表面接枝改性法三种[5-6].笔者通过偶联剂法,利用硅烷偶联剂KH-560与纳米TiO2表面的羟基反应,在纳米TiO2的表面接枝上环氧基团.TiO2:直径20 nm,杭州万景新材料有限公司;γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560):分析纯,南京曙光化工集团有限公司;乙醇:分析纯,哈尔滨新春化工有限公司.将一定量的硅烷偶联剂KH-560和100 mL乙醇加入到三口瓶中,常温下搅拌1 h.加入一定量的纳米TiO2,在45℃超声、冷凝回流的条件下搅拌5 h,抽滤,乙醇洗涤,80℃下烘干12 h,研磨,80℃下烘干3 h,研磨,待用.利用Bruker EQUINOX-55型傅立叶变换红外光谱仪定性分析二氧化钛表面包覆物结构.利用荷兰Philips公司的XL-30TMP型扫描电子显微镜分别对表面改性前后二氧化钛形貌进行分析.利用日本电子公司的JEM-2100型透射电子显微镜对改性后二氧化钛形貌及能谱进行分析.硅烷偶联剂KH-560改性前后TiO2的红外光谱如图1所示[7-8].由图 1 可见,经 KH -560表面改性后的TiO2在2287 cm-1波数处出现与KH-560经预水解而形成的-OH对应的吸收峰,而 KH -560 在1473 cm-1、1439 cm-1处的弱吸收峰与—SiO—、—TiO—键的吸收峰重叠,在1541cm-1、1109 cm-1左右形成宽而强的吸收带,TiO2在3419cm -1处的吸收峰也受到影响形成宽而强的吸收峰.以上都说明纳米TiO2表面接枝上了KH-560.图2中a、b分别为TiO2改性前后的表面SEM图,放大倍数为1×104倍.图中白色区域为TiO2粒子.未改性纳米TiO2颗粒具有不规则形态,但分散均匀,TiO2粒子为纳米级的,但白色区域面积较大,故其存在团簇现象,如图2a.而经偶联剂改性后的TiO2表面被偶联剂均匀包覆[9],形成具有相对平整、光滑小球颗粒,白色区域较为分散,颗粒之间的相互作用降低,团聚倾向减弱,粒径减小,表面积有所增加,改性后的TiO2团簇现象减弱[10],如图 2b.图2中a、b比较可知,改性前的纳米TiO2在乙醇体系中团聚现象严重,这主要是因为改性前的纳米二氧化钛表面存在大量的羟基,这些羟基彼此形成缔合的羟基,使得纳米TiO2颗粒产生接枝团聚.而经硅烷偶联剂处理后的纳米TiO2表面的羟基数大大减少,使得颗粒间的氢键作用大大减弱,颗粒间的团聚现象得到明显的改善. 图3为TiO2改性后的TEM图,a图放大倍数为4×104倍,b图放大倍数为8×104倍.图中立体正六面体型、形态均匀的物质为纳米TiO2,连接无机物的絮状物质为偶联剂KH-560.由SEM图可知,经偶联剂KH-560改性过的纳米TiO2分散均匀,由TEM图可以看到改性过的TiO2均匀的连接在偶联剂两端,纳米TiO2的有机化程度比较完全,由于硅烷偶联剂通过化学键结合改善了复合材料中高聚物和无机填料之间的粘接性,所以将偶联剂处理过的纳米TiO2进行填充制备复合材料时,偶联剂中的有机基团将与有机高聚物相互作用,最终搭起无机填料与有机物之间的桥梁[11].使其性能大大改善,这样利用原位聚合法将制备得到分散均匀、质量分数高的PI/纳米TiO2复合材料.图4为改性后TiO2的透射能谱图.由图4能谱图可知,经偶联剂KH-560改性过的TiO2,含有碳、氧、硅、钛元素,更加直观的证明了红外谱图的分析,说明TiO2表面已经连接上偶联剂,钛、氧元素的原子个数比接近1∶2,其中硅元素在改性后的TiO2结构中含有约4.6%,核算为偶联剂中的氧元素应为23%,但图中显示出偶联剂结构中含有的氧元素为1.1%,这是由于TEM的能谱测试是一个小面积的测试,在这个测试范围内只测到偶联剂结构的一部分,由图中原子量百分比可知硅元素为7.2%,核算为硅烷偶联剂中的氧元素为20.6%,钛元素为 31.8%,核算 TiO2中的氧元素为21.2%,但多余的氧元素只有1.1%,相对原子质量百分比的分析也充分说明了以上的分析. 取0.3 g左右改性后的TiO2,用分析天平精确称重后放入干燥清洁的坩埚中,置于马弗炉中,在600℃高温煅烧,煅烧过程中反复称量其质量,至稳定不变时结束,制备三个平行样.其中,m0为纯坩埚质量;m1为加纳米粒子后坩埚质量;m2为煅烧后坩埚质量.从实验的损失质量百分比即有机化率的数据可以看出,其中三组损失质量百分比分别为2.73%、3.14%、3.04%,平均损失质量百分比为2.97%,实验所用硅烷偶联剂的质量为纳米TiO2质量的4%,测定结果显示纳米二氧化钛的有机化效果较好,接枝率为2.97%,经有机化处理的纳米TiO2的表面已连接上有机基团,经高温煅烧有机基团从纳米TiO2表面脱离并挥发.测试试样在煅烧前未经过烘干,试样中含有少量的小分子的水分及其它物质,煅烧后不只是将硅烷偶联剂KH-560挥发掉其中还包括小分子的物质等.虽然实验存在一定的误差,但是不影响对实验结果的分析.(1)FT-IR图表明,纳米TiO2表面接枝上了硅烷偶联剂KH-560.(2)经偶联剂改性后的TiO2表面被偶联剂均匀包覆,形成具有相对平整、光滑小球颗粒,白色区域较为分散,且面积有所减小,则TiO2粒子分散开来,改性后的TiO2团簇现象减弱.(3)由TEM透射电镜图谱可知,改性过的TiO2均匀的连接在偶联剂两端,这样利用原位聚合法将制备得到分散均匀,质量分数高的PI/纳米TiO2复合材料. (4)测试结果显示出纳米二氧化钛的有机化效果较好,接枝率为2.97%.【相关文献】[1]徐惠,孙涛.硅烷偶联剂对纳米TiO2表面改性的研究[J].涂料工业,2008,38(4):1-3. [2]付新建,张道洪,吴璧耀.纳米二氧化钛表面的化学改性及表征[J].武汉化工学院学报,2003,25(4):51-53.[3]樊友兵,李鸿岩,周升,等.聚酰亚胺/纳米二氧化钛复合物的合成与性能研究[J].绝缘材料,2004,(3):22-25.[4]Hojjat Seyedjamali,Azadeh Pirisedigh.In situ sol– gel fabrication of new poly(amid-e–ether–imide)/titania(TiO2)nano com-positethinfilms containing L-leucine moieties [J].Colloid Polym Sci,2011,289:15 -18.[5]Tsai Meihui,Liu Shujhuan,Chiang Peichun.Synthesis and characteristics of polyimide/titania nano hybrid films [J].Thin Solid Films,2006,515:1126 -1131.[6]Wang Seafue,Wang Yuh ruey,Cheng Kuocung,et al.Preparation and Characterization of Polyimide/Pi rco nia Composite Films[J].Journal of Electronic Materials,2008,6(37):925-929.[7]李鸿岩,郭磊,刘斌,等.聚酰亚胺/纳米二氧化钛复合薄膜的介电性能研究[J].绝缘材料,2005,(4):30-33.[8]李芳亮,陈宇飞,白孟瑶,等.二氧化硅改性热固性聚酰亚胺介电性能研究[J].绝缘材料,2009,42(5):41-44.[9]刘立柱,马红杰,朱兴松,等.纳米SiO2表面改性研究[J].化工新型材料,2007,35(11):60-61.[10]王伟,刘立柱,杨阳,等.聚酰亚胺/氧化硅/氧化铝纳米杂化薄的制备及结构与性能研究[J].绝缘材料,2005,(5):11-14.[11]周亚民,余贵菊,江洪,等.硅烷偶联剂改性超细TiO2的研究[J].东莞理工学院学报,2008,15(5):99-103.。
纳米二氧化钛的表面改性研究
活性 ; 同时 ,—O R H间易发生聚合 反应或生成新 的 连接物 , 导致了纳米材料及浆体更易产生团聚 , 从而
1 实验部分
1 1 试 剂与 仪器 .
影响其分散性_ 。改善 纳米颗粒在介 质中的润湿 2 J 性和分散性 , 以利 于贮存、 运输和使用 ; 降低光化学 活性提高涂膜抗粉化的能力和耐候性 ; 增加相容性 ,
的混合物 ( 质量 比为 2 1 , 面活性剂 总用量 为 3 % ( :)表 0 质量分 )采用搅拌 和超声 时间都为 1 i , , 5m n 纳米二氧化钛
的初始沉降时间为 25h完全沉 降时间大 于 10h . , 2 。
关键 词 : 表面活性剂 ; 纳米二 氧化钛 ; 表面改性 中图分类号 :Q 3 . 1 T 14 1 文献标识码 : A 文章编号 :0 6— 9 0 2 1 ) 1 0 3 0 10 4 9 (0 2 0 — 0 0— 3
材料 能强 烈 吸 附 水 等介 质 , 应 生 成 R O 反 — H基 结 构, 增加 了纳 米材 料 间 的相 互 作 用力 和材 料 的表 面
烷基硫酸钠( D ) 聚乙烯吡咯烷酮 ( V ) 纳米 SS 、 PP 对
二 氧化钛 进行 表面 改 性 , 过 沉 降法 对 改 性 后 的纳 通 米 二氧化 钛进 行表 征分 析 。
[ O C H )N , 析 纯 ; 乙 烯 吡 咯 烷 酮 ( H H C ] 分 聚
浅谈钛白粉的表面处理技术及在色母粒中的运用
浅谈钛白粉的表面处理技术及在色母粒中的运用摘要钛白粉(二氧化钛)是最重要的白色颜料之一,广泛应用在涂料、塑料、造纸、油墨与合成纤维等领域中。
塑料作为钛白粉的第二大用户,除了利用它的高遮盖力、高着色力及其他颜料性能之外,它还能提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性。
但是,未经表面处理的钛白粉含有大量的表面羟基,具有强极性,易团聚,影响其在应用体系中的分散,最终影响塑料制品的质量。
只有在充分分散之后,才能达到最佳的使用效果。
关键词钛白粉;表面处理;色母粒前言目前,钛白行业通常采用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等对钛白粉进行表面处理,偶联剂含有两个不同性质的基团,一个是亲水基团,与无机物有较好的相容性;另一个是亲油的有机基团,与有机物具有较好的相容性,从而达到提高钛白粉的亲油性。
但是在这种处理方法下,钛白粉与偶联剂之间作用力不强,并且混合的均匀性差,不能充分发挥偶联剂的作用。
本研究通过偶联剂的水解基團水解,水解后的一端可与钛白粉的表面羟基进行缩合反应,使偶联剂与钛白粉之间形成分子键作用力,大大改善钛白粉与有机物之间的界面作用。
此种方法处理后的钛白粉与塑料之间的相容性更好,分散性能和着色力得到有效提高。
1 色母粒的组成1.1 着色剂色母粒最主要的组成部分。
聚烯烃等色母粒采用的着色剂是颜料,根据用途不同选择各种不同性能颜料。
工程塑料用色母粒可采用溶剂染料、部分高级有机颜料和部分耐高温的无机颜料。
一般来说染料不可用于聚烯烃着色,否则会引起严重迁移。
1.2 分散剂主要对颜料表面进行润湿,有利于颜料进一步分散,并稳定在树脂中。
同时它必须与树脂相容性好,不影响着色产品品质。
聚烯烃色母粒分散剂一般采用低分子量聚乙烯蜡或硬脂酸锌等。
工程塑料色母粒分散剂一般采用有极性低分子量聚乙烯蜡、硬脂酸镁、硬脂酸钙等。
1.3 载体树脂使颜料均匀分布并使色母粒呈颗粒状。
选择载体需考虑与被着色树脂的相容性,还要考虑色母粒应有良好分散性。
因此载体的流动性应大于被着色树脂,同时被着色后不影响产品质量。
TiO2/Ag抗菌剂的表面改性研究
s i l a n e c o u p l i n g a g e n t ( KH5 7 0 ) , ma l e i c a n h y d r i d e , t r i o c t y l p h o s p h a t e a n d b u t y l p - h y d r o x y b e n z o a t e we r e u s e d t o mo d i f y t h e s u fa r c e o f s i l v e r d o p e d n a n o — T i O, . By me a n s o f X— r a y d i f f r a c t i o n( XR D) , X— r a y p h o t o e l e c t r o n s p e c t r u m( XP S ) a n d s c a n n i n g
第2 7 卷第1 期
2 0 1 3 年1 月 Nhomakorabea湖
南
工
业
大
学
学
报
V01 . 27 NO. 1 J a n.20l 3
J o ur na l o f Hun a n Uni ve r s i t y o f Te c h no l o g y
d o i : 1 0 . 3 9 6 9 / j . i s s n . 1 6 7 3 — 9 8 3 3 . 2 0 1 3 . 0 1 . 0 0 2
t e r i a l p r o p e r t y o f p o wd e r wa s t e s t e d wi t h e s c h e r i c h i a c o l i a n d f u n g i . The r e s u l t s i n d i c a t e t ha t :s i l v e r d o p e d n a n o — Ti O, p o wd e r p r e s e n t s s p h e ic r a l d i s t r i b u t i o n a n d e l e me n t a l Ag a t t a c h e s t o t h e Ti O,s u fa r c e . Th e s i l v e r d o p e d n a n o— Ti O, p o wd e r
硅烷偶联剂的种类与结构对二氧化硅表面聚合物接枝改性的影响
等距离的 , 它们的化学反应活性也不是完全等价 的[1 ,2 ] 。总体来说 ,其表面上有三种羟基 :一是孤立 的 、未受干扰的自由羟基 ;二是连生的 、彼此形成氢 键的缔合羟基 ;三是双生的 ,即 2 个羟基连在 1 个硅 原子上的羟基 。孤立的和双生的羟基一般不形成氢 键 。当超细二氧化硅和湿空气接触时 ,表面上的硅 原子就会和水“反应”,以保持氧的四面体配位 ,满足 表面硅原子的化合价 ,水分子可以不可逆或可逆地 吸附在其表面上 。超细二氧化硅较大的比表面积和 表面羟基的存在而具有反应活性 ,使其在橡胶 、塑 料 、粘合剂 、涂料等领域有广泛的应用 。但超细二氧 化硅的强亲水性导致了其难以在有机相中润湿和分 散 ,限制了其超细效应的充分发挥 ,因此必须对其进 行表面改性 ,目的是改变超细二氧化硅表面的物化 性质 ,提高其与有机分子的相容性和结合力 ,改善加 工工艺 。
Received date :2003 07 02. Approved date :2003 11 14. Biography : WU Wei (1966 - ) , male , doctor , professor. E mail : wuwei @mail. buct . edu. cn Correspondent : QU Yixin. E mail : quyx @mail. buct . edu. cn
2 实验结果及讨论
2. 1 试样的 TEM 分析 图 1 为试样 1 、试样 2 和试样 3 的透射电镜照
片 。由图可见 ,改性后的超细二氧化硅的分散性有 较大的改善 ,由一个个颗粒联结成的立体网络结构 变为由聚合物分子间作用力联结的松散团聚体 。试
实验所用药品 :苯乙烯 ( St) , 分子式为 C6 H5 — CH == CH2 ,天津市化学试剂六厂生产 ,分析纯 ,用作 改性剂 ; KH858 ,分子式为 CH2 == CHSi ( OC2 H5) 3 ; KH570 ,分 子 式 为 CH2 == C ( CH3 ) —COOCH2 CH2 · CH2Si (OCH3) 3 ,南京强威化工有限公司生产 ,用作 改性偶联剂 ;过硫酸氨 ,北京北化精细化学品有限责 任公司生产 ,分析纯 ,用作引发剂 ;甲苯 ,北京益利精 细化学品有限公司生产 ,分析纯 ,用作抽提溶剂 。 1. 2 实验方法
纳米二氧化钛表面改性与应用研究进展
2 表面包覆方法
提高纳米二氧化钛耐候性与分散性的最有效的方法是,在其表面包覆一些具有特定化学性质并能以很薄的包膜形式吸附在二氧化钛颗粒表面的化合物,使二氧化钛颗粒之间分离开来,减小颗粒间的范德华引力,提高了分散性。同时也使颗粒本身与外界介质隔开,避免阳光中紫外线的直接照射,防止二氧化钛粉化,增强耐候性。
3 表面包覆过程中的控制因素
进行表面包覆时,溶液pH、二氧化钛含量、分散剂用量、表面活性剂、反应温度、包覆时间、搅拌器结构及转速对表面包覆的效果都有较大的影响。
3.1 pH
一般情况下,二氧化钛在pH<2时分散性很好。随着pH上升二氧化钛会逐渐发生团聚现象,当pH为5-8时,团聚现象最为严重。当pH>8时,又重新分散,而且当pH为8.5-11时分散最好。而当pH>11时,又重新团聚。在实际分散过程中,pH一般控制在8-10,碱性环境有利于二氧化钛在中和前保持分散状态而不凝聚,从而使涂膜较为均匀,使尽可能少的颗粒被包覆。
4.2 国内外有机包覆研究进展及应用
纳米二氧化钛在各领域中应用的关键是需要其具有良好的光稳定性和分散性。提高纳米二氧化钛的光稳定性是通过无机表面处理实现的。纳米二氧化钛经过无机处理后,表面呈亲水性,适合于极性体系中的使用。但如果加入非极性体系中时,则难以分散,不能体现二氧化钛的特殊功能,为改善纳米二氧化钛在有机体系中的相容性和分散性,改进添加纳米二氧化钛复合体系的性能,还必须对纳米二氧化钛进行有机表面处理。R.J.Nussbaumer等利用十二烷基苯磺酸钠对金红石型纳米二氧化钛进行表面修饰,所得产品在甲苯中几乎透明,但却可在很广的波段范围内吸收紫外线,提高了纳米二氧化钛的紫外线屏蔽功能。出光兴产公司开发的纳米二氧化钛,用二氧乙酸酯钛酸酯、月桂酸钠、乙烯基三乙氧基硅烷等表面改性剂对其改性,使纳米二氧化钛亲油度提高,用于树脂中也增强了紫外线的屏蔽能力。帝国公司则用TiOSO4水解得到二氧化钛,然后用硬脂酸钠、三乙醇胺处理,使其透明性与紫外线屏蔽效果也都得到了提高。
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abstract
Due to their excellent photo-catalytic activities making TiO2 nanoparticles applicable as self-cleaning and anti-bacterial agents, as well as for UV protection and environmental purification, a great potential for multi-functionalization of fabrics by TiO2 nanoparticles is considered. In order to improve the durability of nanoparticles at a fabric surface, the surface of commercial TiO2 nanoparticles was modified by 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) and 3-Isocyanatopropyltrimethoxysilane (IPTMS) by an aqueous process in this study. The grafting efficiency of agents to TiO2 nanoparticles at different reaction conditions was estimated by thermal gravimetric analysis. FTIR spectra confirmed that organic functional groups were successfully grafted onto the TiO2 nanoparticles surface both for APTMS-grafted TiO2 nanoparticles (A-TiO2) and IPTMS-grafted TiO2 nanoparticles (I-TiO2) through Ti O Si chemical bonds. After the surface modification of TiO2 nanoparticles, isoelectric point (IEP) of nanoparticles was shifted approximately from pH 6.4 to pH 9.4 and the zeta potential plateaus increased significantly which was explained by the protonation of NH2 groups in the acidic region. The significant reduction of particle hydrodynamic diameters and polydispersity index (PDI) indicated the particle dispersion stability was positively affected by an increase in particle zeta potential. With increasing the organosilane ratio from 0 wt.% to 200 wt.%, a slight decline of the rate constant of A-TiO2 photocatalytic activity and a rapid decrease for I-TiO2 were revealed, which was significantly dependent on the grafting efficiency.
Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects 413 (2012) 273–279
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Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects
In recent years, several studies reported the promising potentials of TiO2 nanoparticles for offering multifunctional properties to different textile materials [5]. However, the major problem of nanoparticle application to textile materials is the maintenance of the adequate durability of obtained effects. The deposition of TiO2 nanoparticles onto fabrics is highly challenging due to the lack of chemical bonding between fabrics and TiO2 nanoparticles [10,11]. Therefore, developing a new generation of functional materials having photocatalytic and UV shielding properties and a long-term durability on textile substrates was the primary aim of many studies. On the one hand, a binder material can be used to create
∗ Corresponding author. Tel.: +31 53 489 2899; fax: +31 53 489 3849. E-mail address: j.zhao-1@utwente.nl (J. Zhao).
0927-7757/$ – see front matter © 2011 Elsevier B.V. All rights reserved. doi:10.1016/j.colsurfa.2011.11.033
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1. Introduction
As a popular photocatalyst, TiO2 has been widely used because of its various merits, such as optical and electronic properties, low costs, high photocatalytic activity, chemical stability and nontoxicity, anti-bacterial agent, UV protection and environmental purification [1–5]. When TiO2 particle size is reduced to the nano scale, photocatalytic activity increases as a result of the expansion of light band-gap for quantum size and due to the enhancement of the effective surface area [2,6–9].
Hale Waihona Puke chemical linking between particles and substrates. Mihailovic et al. [10] reported the possibility of producing the multifunctional textile nanocomposite material using natural polysaccharide alginate as a binder to improve the durability of colloidal TiO2 nanoparticles on polyester fabrics. Qi et al. [12] introduced a new method to prepare anatase TiO2 nanoparticles in an aqueous solution through a sol–gel process with a small amount of acid, which prevented the loss of the mechanical strength of the cotton fabrics and improved the adhesion between the TiO2 thin film and cotton substrates. On the other hand, grafting active functional groups onto particle surface can increase the possibility of chemical bonds formation between modified particles and fabrics thereby improving their adhesion strength. Chen and Yakovlev [13] investigated the adsorption and interaction of organosilanes on TiO2 nanoparticles and confirmed the bonding of functional groups on particle surface was realized through Si O Ti bonds.