纳米二氧化硅表面改性条件优化
纳米二氧化硅的表面改性研究
１ １ 实验原料 及 仪器 ．
有亲水性 ， 因此容易 团聚、 聚合 物中不易分散 ， 在 为了避免此现象发生就需要在纳米二氧化硅粉体 形成之前设法降低颗粒表面能 。 Ｊ 本 文 采用 溶 胶 ． 胶 （ｏ．ｅ） 艺 ， 非极 性 凝 ｓ１ １工 ｇ 在 溶剂 中用 酯 化 反 应 生 成 的 水 使 正 硅 酸 乙酯 （ Ｅ Ｓ 水 解 制备 均 分散 ＳＯ ＴＯ ） ｉ 溶 胶 。在溶 胶 体 系 中加入 － 水 甘 油 醚 丙 基 三 甲 氧 基 硅 烷 （ Ｐ ． 缩 Ｇ Ｔ ＭＳ ， Ｐ Ｍ ） Ｇ Ｔ Ｓ分 子 中 甲 氧 基 水 解 所 产 生 羟 基 与 ＳＯ 胶粒表 面 的羟基反 应形 成 牢 固 的．ｉ －ｉ ， ｉ Ｓ． Ｓ． Ｏ 键 从 而 在 Ｓ 胶 粒 表 面 引 入 了 ｉ Ｏ Ｃ ２ Ｃ — Ｃ ２ Ｏ Ｃ ６基 团 ， Ｈ＿ Ｈ Ｈ一 — ３ Ｈ 结果使 ＳＯ 胶 ｉ２
氧化硅粉体 ， 其红外光谱如图 ３ ａ 所示。称取该 （） 粉体 ２ 放入 １０ Ｌ的锥形瓶 中， ｇ ０ｍ 加入 ００ ｍ ｌＬ ．５ ｏ ／ 的 ＮＯ ａ Ｈ溶 液 ８ｍＬ 密 封 搅 拌 ２ ｈ ０ ， ４ 。离 心分 离二 氧化硅颗粒后的溶液体 积为 ｃ毫升（ ０ Ｌ ， ￣８ｍ ）从 分离 的 Ｃ 毫 升 溶 液 中 量 取 １ｍＬ 用 Ａ 毫 升 ０ ， ００ ｍ ｌ ．５ ｏ Ｌ的 Ｈ １ ／ Ｃ 溶液滴定至 中性， 剩余溶液（ － ｃ １ｍ ） ０ Ｌ 用同样的方法滴定 至中性所用 Ｈ １ Ｃ 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
联 系人简介 ： 郭增昌（ ９２ ） 男 ， １６ ・ ， 副教授 ， 主要从事高性能杂化材料研究。Ｅ ｉ： ｇｏ２ ６ ．ｏ ｍａ ｚ ｕ６ ＠１ ３ｃｍ ｌｃ
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SiO2粉体表面改性
机械化学改性有两层含义
第一，利用超细粉碎过程中机械应力的作用激活物 料表面，使表面晶体结构与物理化学性质发生变化，从 而实现改性。 第二，利用机械应力对表面的激活和由此产生的离 子和游离基，引发单体烯烃类有机物聚合，或使偶联剂 等表面改性剂高效反应附着而实现改性。 显然，机械化学改性既是一种独立的改性方法，也 可视为是表面化学改性和接校改性等改性方法的实现与 促进手段。
偶联剂
硅烷类 钛酸酯类 铬铝酸盐及络合物
作用机理
分子中的一部分基团可与纳米SiO2粉体表面的各种官 能团反应，形成化学键合；另一部分基团与有机高分子 发生化学反应或物理缠绕或与其他分散相亲和，从而将 矿物粉体与有机基体两种性质差异很大的物质牢固结合 在一起，使无机粉体和有机高聚物分子之间产生具有特 殊功能的桥联作用。
接枝改性法
接枝改性是在一定的外部激发条件下，将单体烯烃 或聚合烯烃引入纳米SiO2颗粒表面的改性过程，有时还 需在引入单体烯烃后激发导致纳米SiO2表面的单体烯烃 聚合。由于烯烃和聚烯烃与树脂等有机高分子基体性质 接近，所以增强了纳米SiO2与基体间的结合而起到补强 作用。 产生接枝聚合的外部激发条件有许多种，如化学接 枝法、电解聚合法、等离子接枝聚合法、氧化法和紫外 线与高能电晕放电方法等。在烯烃单体中研磨物料实现 接枝聚合物在物料表面的附着也属于一种接枝改性的激 发手段。
不饱和有机酸
丙烯酸 甲基丙烯酸 丁烯酸 肉桂酸 山梨酸 2-氯丙烯酸 马来酸 衣康酸 醋酸乙烯
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。
纳米SiO2表面化学改性研究
化工集 团有 限公 司 ； 水 乙醇 ， 析 纯 ， 无 分 天津 市 科 密
欧化 学试剂 中心 。
１ ２ 实验 仪 器 ．
产生 氢键作 用 而 团 聚。在 制 备无 机 纳 米粒 子／ 合 聚 物复合 材料 时 ， 这种 团 聚会导致 材料 的机械性 能 、 稳
定 性下 降等 负面 影 响 ， 复合 材料 性 能 降低 。为解 使
数 控超声 波 清 洗 器 ， Ｑ ２ ０ Ｅ 昆 山 市超 声 波 Ｋ －５ Ｄ ，
仪 器有 限公 司 ； 心 分 离机 ， Ｇ１ －． Ａ， 京 医用 离 Ｌ ０２ ４ 北
决 纳米 ＳＯ ｉ 的分散 性和 与有机 基体 的相容性 问题 ， 本 文 以乙醇 为 溶剂 ， 先 使 硅 烷 偶联 剂 一 甲基 丙 首 （
ห้องสมุดไป่ตู้ＳＯ ， 人 三 口烧 瓶 中 ， 用 超声 波进 行 连 续 振 荡 。 ｉ 加 利 反 应完 成后 ， 反应 物离 心 分离 ， 用 乙醇进 行反 复 将 并 分 离洗 涤 ， 到 分离 后 的上 清 液 不 能使 溴 水 变 色 为 直 止 。洗 涤后 的 产 物 经 真 空 干 燥 后 ， 人 干 燥 器 中 。 放
王文生 ， 胡志勇， 张
（ 中北大学材料科 学与工程学院 ， 山西 太原
峰
０ ０５ ） ３ ０ １
摘 要： 通过 一 甲基丙烯酰氧 ） （ 丙基 三 甲氧基 硅烷 与纳米 Ｓ 面 的羟基发生 化学 反应 ， Ｋ 一 ｉ 表 Ｏ 将 Ｈ
５０化学 键 合 在 纳 米 ＳＯ ７ ｉ 表 面 ， 成 化 学 改 性 的 纳 米 微 粒 ＭＰ —ｉ 形 ＳＳＯ 。研 究 了 硅 烷 偶 联 剂 Ｋ ５ ０ Ｈ－ ７
是， 纳米 ＳＯ 颗 粒尺 寸小 、 ｉ： 比表 面积 大 ， 面存 在 大 表 量不 饱和残 键及 不 同键 合 状态 的羟 基 ， 而很 容 易 因
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近年来，随着科学技术的飞速发展，纳米材料受到越来越多的关注，纳米二氧化硅粉体也在研究和应用方面发挥了独特的作用。
然而，纳米二氧化硅粉体本身具有低表面能，容易与环境中的其他物质发生化学反应，影响其特性表现。
因此，对其表面进行改性显得尤为重要。
本文将从表面性质、改性原理、改性技术三个方面介绍纳米二氧化硅粉体的表面改性研究的进展情况，为后续相关研究和应用提供依据和借鉴。
首先，纳米二氧化硅粉体具有低表面能，容易被环境变化影响，具有极高的比表面积和疏水性，不易与液体及其他组分形成稳定的混合体，且改性后的性能不易稳定。
因此，研究者需要弄清纳米二氧化硅的表面性质，以协助实现对纳米材料的有效表面改性。
其次，纳米二氧化硅的表面改性，主要通过物理、化学或两者相结合的方式，使粉体的表面变得平整和疏水，从而影响材料的表面结构、功能和性能。
物理法是在不改变表面结构的前提下，利用表面热力、压力、电磁力等物理作用，从而改善粒子表面比表面积和疏水性；化学法则是使用有机物质或其它化合物将粉体表面物化，以改变比表面积、疏水性和其他物理和化学性质。
最后，目前，已有许多技术可以用于纳米二氧化硅粉体的表面改性，例如接枝、支化、光化学气相沉积、外加基团、聚合和包覆。
其中，接枝技术和支化技术是近年来被广泛应用的技术，并取得了较好的效果。
在此基础上，光化学气相沉积、外加基团、聚合物和包覆技术等技术也得到了不断发展和完善。
总之，为了发挥纳米二氧化硅粉体的最大潜力，表面改性是必不可少的，近年来的相关研究进展情况表明，物理法和化学法相结合的表面改性技术是其中最重要的一环。
如果未来能够开发出更多更有效的表面改性技术，将会为纳米材料的研究和应用带来极大的便利。
值得一提的是，表面改性需要综合考虑表面形貌、疏水性、比表面积等各种因素，目前研究者仍需要进一步完善纳米二氧化硅粉体表面改性技术，研制出具备良好表面和功能性能的新型纳米材料。
924-纳米二氧化硅表面改性及其对阿维菌素吸附和缓释性能
本文用硅烷偶联剂 KH-570 对市售纳米 SiO2 进 行了改性，在有机液相中吸附阿维菌素，制备了载 有阿维菌素改性纳米 SiO2，并考察了纳米粒的形 貌、药物负载量及缓释性能等。
1 材料与方法
1.1 原料与分析试剂、仪器 阿维菌素，纯度 95%，华药集团先泰药业公司；
纳米 SiO2，山东淄博海纳高科材料有限公司，平均 粒径 30 nm，比表面积 200 m2·g-1，密度 0.07g·cm-3； KH-570，分析纯，北京申达精细化工有限公司；无 水甲醇，色谱纯；氯仿、乙醇、甲苯、异丙醇为分 析纯试剂，北京化学试剂公司。
阿维菌素二氧化硅纳米粒释药速度随时间的延长增加缓慢到14左右溶出基本达到平衡此时有约50左右的阿维菌素溶出此后阿维菌素二氧化硅纳米粒释药速度基本保持不变可以持续80结论利用硅烷偶联剂kh570对市售纳米sio进行改性后得到分散性亲油性更好的纳米sio作为载体在乙醇溶剂中能够提高对疏水性药物阿维菌素的负载率所得到的载有阿维菌素的改性纳米sio对阿维菌素具有很好的控释效果
1. 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京 100081；2. 北京理工大学化工与环境学院，北京 100081
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
纳米二氧化硅的制备_表面改性和应用前景_芳明
纳米二氧化硅（nano-SiO2）为无定型白色粉末（团聚体），是一种无味、无毒、无污染的非金属功能材料。
因其具有比表面积大、密度小和分散性能好等特性，并且表面存在不饱和的双键以及不同键合状态的羟基，具有奇异或反常的特性，如表面效应、小尺寸效应、量子隧道效应、宏观量子隧道效应和特殊光电性等特点，常被用作高效绝热材料、催化剂载体、气体过滤材料和高档涂料的填料等，在橡胶、塑料、涂料、油漆化妆品、医药和造纸等领域具有广泛的应用。
1纳米二氧化硅的制备[1-2]纳米二氧化硅的制备方法主要有干法和湿法两种。
干法包括气相分解法和电弧法，湿法包括气相沉积法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法和微乳液法等。
干法制备工艺制备的纳米二氧化硅纯度高，性能好但设备投资较大、生产过程中能耗大，成本高，故不常采用。
目前国内外多采用湿法工艺来制备纳米二氧化硅。
1.1气相沉积法气相沉积法以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢、氧气流高温下水解制得烟雾状的二氧化硅。
其工艺流程是经气化的四氯化硅、氢和氧组成的均相气体混合在水解炉中燃烧，完成高温水解反应，烟雾状的二氧化硅通过聚集器聚集，然后经过分离器到脱酸炉中进行脱酸处理，即可得到纳米二氧化硅，反应生成的HCl气体经水洗塔水洗后成为低浓度的盐酸。
气相沉积法的优点是产品纯度高、分散度高、粒子细而形成球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能，但原料较贵，能耗高，技术复杂，设备要求高，从而限制了产品使用。
目前，采用该方法制备的二氧化硅主要用于硅橡胶补强。
1.2化学沉淀法化学沉淀法是以硅酸钠和酸化剂（H2SO4、HCl 等）为原料，用酸化剂和硅酸钠溶液反应，反应生成的沉淀物经分离、干燥后得到SiO2。
化学沉淀法是目前生产纳米二氧化硅最主要的方法，最终的产品粒径主要受所选择的酸化剂、硅酸盐浓度及搅拌条件等的影响。
常用的酸化剂为硫酸、盐酸以及硝酸等，也有选用有机酸酸化剂或有机-无机复合酸化剂的，也可用乙酸乙酯水解释放出H+作酸化剂，可得到粒径为20nm左右的纳米SiO2粉体。
纳米SiO2的表面改性及应用
15
2.4在密封胶、胶粘剂中的应用
密封胶和胶粘剂对产品粘度、流动性、 固化速度等均有很高的要求。将经过有机 改性纳米SiO2粒子加入到密封胶、胶粘剂 中,纳米SiO2粒子的分散性和相容性得到了 改善,改性纳米SiO2在密封胶中以网络结构 形式存在,有效抑制了胶体的流动,有助于粘 结效果的提高。
16
6
改进方法
(2)乳液聚合改性法 第一类是无皂乳液聚合法。此法是在水相中 直接加入纳米SiO2粒子、活性单体和引发剂进行 无皂乳液聚合,制得的改性纳米SiO2粒子具有粒径 分布均匀和粒子表面比较洁净的特点。 第二类是微乳液聚合法。微乳液通常是由表 面活性剂、助表面活性剂、油类和水在合适的比 例下自发形成的热力学稳定、各向同性、低黏度、 外观透明或半透明的分散体系。微乳液聚合能使 所有纳米粒子包覆聚合物且易于控制微粒大小和 分布,因而在对纳米粒子进行包覆处理时具有潜在 的优势。
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2.2在涂料中的应用
在涂料中添加了改性纳米SiO2粒子后, 可使涂料的附着力、抗冲击、柔韧性等性 能得到提高,还可以提高涂料的耐老化、耐 腐蚀、抗辐射性能。复旦大学的研究人员 通过共混法及原位聚合法制备了改性SiO2 高固体成分丙烯酸纳米复合涂料,实验表明 制得的涂膜的摆杆硬度、显微硬度、杨氏 模量、耐磨性和耐刮伤性等方面均有所增 强。此外,纳米改性涂料还可能呈现出自清 洁、抗静电、隐身吸波、阻燃等特殊性能。
纳米SiO2表面改性及其应用
0
背景
纳米SiO2粒子具有极大的比表面积和表面能, 因而极易团聚,致使其在应用中无法发挥纳米粒子 的优异性能,通过对纳米粒子表面改性可改善这一 状况。 纳米粒子的表面改性是指通过物理、化学等 方法对纳米粒子表面进行处理,使纳米粒子表面的 活性羟基和不饱和悬空键与改性剂分子间的结合 力增强,有效地降低纳米粒子的表面结合能,从而 实现纳米粒子的分离。
03纳米二氧化硅表面改性的研究
第36卷第7期2007年7月应 用 化 工A ppli ed Chem ica l IndustryV o.l 36N o .7Ju.l 2007收稿日期:2007-04-04作者简介:解小玲(1969-),女,山西平遥人,太原理工大学讲师,硕士,主要从事材料科学方面的研究。
电话:0351-*******,E -m a i:l x iex l2003@126.co m纳米二氧化硅表面改性的研究解小玲,郭李有,许并社(太原理工大学材料科学与工程学院,山西太原 030024)摘 要:采用钛酸酯对纳米二氧化硅进行表面改性的研究,测定了改性样品的接触角,并用羟基紫外线吸收法测试了改性效果,对所得纳米样品的改性效果进行了评价。
结果发现,钛酸酯与二氧化硅的比例为11%,在108e 条件下,以甲苯为溶剂反应1h 改性效果最好。
关键词:二氧化硅;钛酸酯;表面改性中图分类号:TQ 127.2;TQ 131.12 文献标识码:A 文章编号:1671-3206(2007)07-0703-02Research on s urface m odification of silicaX I E X iao -ling,GUO L i -you ,X U B ing-she(Co llege o fM ater i a ls Science and Eng i neer i ng of T a i yuan U niversity of T echnology ,T a i yuan 030024,Ch i na)Abst ract :Nano -silica w as m odifi e d usi n g TC coupling agen.t Contact angle and the m od ification e ffect o f nano -silica w ith absor bance of u ltrav i o let rad iation o f nano -silica were m easured ,the m odification effect o f nano -silica w as eval u ated .Itw as found that the best effect can be ach ieved w hen t h e w e i g ht o fTC is 11%of Si O 2,and toluene reacted under 108e fo r one hour .K ey w ords :silica ;TC ;m odification白炭黑应用非常广泛,但其应用于聚合物时存在一个关键性的问题,就是如何能使其分散均匀,使之与聚合物更好的相容。
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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纳米二氧化硅表面改性条件优化
对于用熔融共混法制备的纳米复合材料而言，无机粒子能在聚合物中作纳米级的原生粒子分散是决定材料性能改善的最重要因素之一。
粒子在塑料中分散粒径大小及分散均匀性对填充改性塑料的性能及其均匀性影响很大。
因此解决自身团聚很强的纳米粒子在材料中的分散性问题，成为制备性能优良复合材料的关键点，也是难点之所在。
纳米SiO2为无定形白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其呈现出絮状和网状的准颗粒结构。
由于纳米SiO2表面能大，易于团聚，通常以二次聚集体的形式存在，限制了其超细效应的充分发挥，在有机相中难以浸润和分散。
目前，对纳米SiO2的改性方法有多种，通常采用的是硅烷偶联剂法。
硅烷偶联剂由于具有双反应功能团，能使填料与聚合物的结合界面以化学键相连，从而提高填料的补强性能[2～4]。
微波是一种波长从1mm到1m左右的超高频电磁波，具有物理、化学、生物学效应。
在电磁场中，体系介质产生极化取向，相邻分子间由于分子热运动产生强烈的相互作用，极性分子产生“变极”效应，由此产生了类似摩擦作用，使极性分子瞬间获得能量，以热量形式表现出来，介质整体温度同时随之升高。
微波还存在一种不是由温度引起的非热效应，微波作用下的有机反应，改变了反应动力学，降低了反应活化能。
以上特性使得微波加热有机反应具有传统加热法所无法具备的优点，反应速度快，效率高。
本文作者采用微波法对纳米SiO2进行表面改性，考察了偶联剂用量、微波功率、硫酸用量对改性效果的影响，探讨了最佳表面改性条件，并对改性后的纳米SiO2进行了表征。
1 实验部分
1.1 主要试剂与仪器
纳米二氧化硅：粒径100nm，购自海川化工有限公司，硅烷偶联
剂SCA-1603：分析纯，哈尔滨化工研究所实验厂产品；浓硫酸：分析纯，购自莱阳市双双化工有限公司；无水乙醇：分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂产品。
电脑型旋钮码微波炉：顺德市格兰仕电器实业有限公司；PHS-3C精密pH计：上海精科；TGA-7热重分析仪：美国PE公司；370FTIR红外光谱仪：德国BRUKER，*****55。
1.2 纳米SiO2表面改性
将硅烷偶联剂SCA-1603加入到乙醇的水溶液中（乙醇与水的体积比为1：1），并加入一定量的硫酸，使硅烷偶联剂水解一段时间，然后加入一定量的纳米SiO2，配制成粘稠液状物。
在微波辐射下反应十五分钟左右至反应物干燥，后用万能粉碎机超强粉碎。
工艺流程如下：
1.3 性能表征
1.3.1 表面覆盖率
称取2g纳米SiO2于200ml烧杯中，加入25ml无水乙醇，然后加入75ml质量百分比含量为20%的氯化钠溶液。
用磁力搅拌器搅拌使其均匀分散，然后用0.1mol/l的盐酸或0.1mol/l的氢氧化钠溶液将其pH值调到4.00（用酸度计指示），然后缓慢升到9.00（用酸度计指示），并保持20s其pH值不下降，否则继续滴定直到pH值等于9为止。
记录下此时pH值从4.00升到9.00时所用的0.1mol/l的氢氧化钠溶液的体积。
则得到每平方纳米SiO2表面积上
1.3.2 粘度表征
将改性后的纳米SiO2按浓度为10%（质量百分比）与液体石蜡配成悬浮液，测试其粘度，表征其改性效果。
1.3.3 红外光谱分析
使用德国BRUKER公司的*****55红外光谱仪对改性前后的纳米SiO2进行结构表征，KBr压片。
1.3.4 热失重表征
使用美国PE公司的TGA-7热重分析仪对改性与未改性的纳米SiO2进行热失重分析，评价改性效果。
2 结果与讨论
2.1 偶联剂对纳米SiO2表面处理的影响
纳米SiO2为无定形白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其呈现出絮状和网状的准颗粒结构，表面存在大量不饱和残键及不同键合状态的羟基。
硅烷偶联剂经水解可产生大量的硅醇基，可与SiO2表面的羟基发生物理、化学反应，达到表面改性的目的。
实验结果如图2-1、图2-2所示：
图2-1、图2-2分别为偶联剂对改性纳米SiO2体系的表观粘度及表面包覆率的影响。
由图可以看出，当硅烷偶联剂A质量为粉体质量的6%时，表面覆盖率较高且粘度最低，说明在此条件下粉体改性效果最好。
因此确定偶联剂的质量为粉体质量的6%。
2.2 微波功率对纳米SiO2表面处理的影响
本文考查的微波功率对纳米SiO2表面处理的影响实验结果如图2-3、图2-4所示：
由图可知，当微波功率为320W时，表面包覆率最高且粘度最低，表明在此条件下粉体改性效果最好。
选定微波功率为320W。
由图还可以看出并不是微波功率越高，反应越充分，原因可能是微波功率越高，反应体系的温度过高过于剧烈，加剧了偶联剂的挥发及其分子间和分子内的缩合，不利于反应的进行。
2.3 硫酸用量对纳米SiO2表面处理的影响
酸性溶液有利于硅烷偶联剂的水解，因为在碱性条件下水解硅烷有时形成硅醇的碱金属盐，很难将碱从被处理的填充材料的表面上除去。
此外硫酸又可催化醇羟基之间的脱水缩合，有利于反应的进行。
在使用时要调整溶液的酸量。
实验结果如图2-5、图2-6所示。
由图可知，当硫酸用量为0.05克（粉体质量的1.25%）时，表面包覆率最高达到了60%，且粘度最低，改性效果最好。
选定硫酸用量为0.05克。
此外，随着硫酸用量的增加，改性效果变差，其原因可能是硫酸用量过大，在调整酸碱性促进水解的同时，也促进了硅醇间的缩合，如下反应所示：
这会形成没有活性的缩合物，分子量大的缩合物不易溶于水，易从溶液中析出。
3 纳米SiO2粉体表面结构表征
3.1改性与未改性纳米SiO2粉体表面化学结构表征
由图可以看出，SiO2有一个很宽很强的不对称吸收峰，出现在偏向低频一方的1000～1100.0cm-1之间，这是由Si-O-Si伸缩振动引起的，此外在800.0cm-1还有一个较弱的吸收谱带。
在3100～3700cm-1处出现一条很宽较强的谱带，这是有氢键键合的羟基伸缩振动引起的。
对于改性的纳米二氧化硅粉体，在其谱图的约650cm-1处出现了一些谱带这是由含双键上的C—H面外弯曲振动引起的，说明存在—CH官能团，在1410cm-1处出现一吸收峰，这是由CH2？襒面内变形引起的。
由以上可以推断硅烷偶联剂的有机链CH2？襒CH—Si—O—已经接枝在纳米二氧化硅粉体上。
3.2 改性与未改性纳米SiO2粉体热失重（TG）测试
图3-2为改性与未改性纳米SiO2的热失重（TGA）曲线图。
由图可知，在210～650℃的温度范围内，改性纳米SiO2的热失重率要大于未改性纳米SiO2的热失重率，这是改性纳米SiO2表面接枝了有机官能团的缘故。
4 结论
4.1 通過实验得出的纳米SiO2表面处理的最佳工艺是：硅烷偶联剂A的质量为粉体质量的6%，微波功率为320W，浓硫酸用量为粉体质量的1.25%，反应时间为15min。
4.2 通过红外光谱分析，表明纳米SiO2表面已接枝上偶联剂的有机官能团。
4.3 通过热失重分析，进一步表明了纳米SiO2表面接枝上了有机官能团，改性成功。