纳米二氧化硅粉体的表面改性研究
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
纳米二氧化硅的表面改性研究
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。
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。
六甲基二硅胺烷对纳米二氧化硅表面改性的研究
Ｍｏｉ ａｏ ｏ Ｓ ｃｎ ｘ ｅ ｈ ｘｍ ｔ ｌｓａａｅ ｄｉ ｔｎ ｉ ｏ Ｄｏｉ ｗｔ Ｈ ａ ｅ ｙ ｉｌ ｎ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｌ ｉｄ ｉ ｅ ｈ ｄ ｉｚ
Ｉ Ｌ ，Ａ Ｓｕ ｈｏ Ｙ Ｄ－ ｎ Ｌ Ｈａ ， Ｘａ－ｎ ， ＵＹＮ Ｚａ－ ｉ Ｗ ｎ ＣＯ － ａ ，Ｉ ｌ ，ｌ ｎ Ｑ ｔ ｒ ｇ Ｏ － Ｇ ｏ ｕ ｉ ｈｃ ｅｉ ａ ｕ Ｉ ｉ ｏ Ｎ ｏ Ａ ｈ ｈ
验方案。 参考文献： Ｅ 于 ｌ 欣伟， 姚． 炭黑的表面改性技术【 ． ｌ 陈 白 ｉ 广州大学学报（ 然科学版） ０ １： － ｌ 自 ９ ０ ６１ １． ２２ ２ ６ 【 范牛奔， 幻 钱冀清， 孟海兵． Ｉ Ｔ 改性纳米Ｓ ２ Ｄ ｉ 表面【 ． ０ ｉ 南京化工大学学报， ０， （）１一 ３ ｌ ２ １ ３ ： １． ０ ２３ ０ ［ｌ 刘 鹏， ３ 薛群基， 军， 功能性硅烷在纳米氧化硅表面的自 田 等． 组装【 北 学物理学报， ０， （） ８－ ． Ｊ ｌ ２ ３１ ６： １ ４６ ０ ６ ４ ８ ［ｌ 余喜理， ４ 张宝华， 张剑秋． 聚合物无机纳米复合材料的研究进展【 ． Ｊ 上海化工， ０， ３： 一 ８ ｌ ２ ２（ ） ６ ２． ０ ２ ２
表面的 Ｈ 发生反应， Ｍ Ｓ 一Ｏ 基团 使Ｈ Ｄ 上高活 一Ｓ Ｃ３ 键合到Ｓ ２ 表面， 性的 ｉ Ｈ） （ ３ ｉ的 Ｏ 从而实现纳米Ｓ ２ ｉ 表面的 ０ 有 化改 ［， 应方 式如 机 性［ 其反 程 下： ２ ｌ
－ ＨＣ３ －Ｃ，卜ｉ Ｓ３、 一 Ｏ（） Ｎｉ３ Ｓ－Ｃ３ Ｓ ・ ３ Ｓ ） ２－ ｉ） Ｉ Ｈｉ （ 一－ ０（ ・ ｉ － Ｓ Ｈ－ Ｉ Ｈ －
Ｗａ ｘ，
Ｆ＇ ｅ ． ｕｓ ｗｄ ｔ ｂｓｒ ｃｖ ｔ ｐｒｕ ｓ ℃ ａ ｔ Ｈ Ｄ ｗｓ Ｌ ｔ ｂｓ ｏ Ｉ ｔ Ｒｓｔｓ ｅ ｔ ｔ ｅ ｅ ｔｅ ｅ ｔ ｗ １ Ｉ ｃ ｅｌ ｈ Ｒ ｏ ｈ ｈ ｔ ｉ ｅ ａ ｒ ａ ０ ａ ｅ ａ ｍ ｅ ０ ｎ ｈ Ｍ Ｓ １ｍ ｏ ｈ ａｓ ｄ ｅ ａ ２ ｎ ｉ ｆ ｅ
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
二氧化硅的表面改性及其在涂料中的应用
二氧化硅的表面改性及其在涂料中的应用Introduction二氧化硅（SiO2）是一种常见的无机物质，在各种工业领域有着广泛的应用。
其中，表面改性的二氧化硅因其具有高的化学稳定性、良好的耐久性和可塑性，被广泛应用于涂料领域。
本文将探讨二氧化硅的表面改性及其在涂料中的应用。
Part 1 表面改性的二氧化硅概述表面改性的二氧化硅是通过表面处理技术对二氧化硅微粒的表面进行改性，改变其物理和化学性质，以提高其在化工、材料和生物医药等领域的应用性能。
表面改性的方法包括化学改性、物理改性和生物改性等。
化学改性针对二氧化硅微粒表面原有的羟基（-OH）和其他官能团，通过化学反应加入有机功能基团或是无机功能基团，改变其化学性质和表面性质。
物理改性通过表面涂覆或其他表面修饰技术，使其表面形态和性质发生改变。
而生物改性是基于生物方法制备的改性材料，通过绿色有机合成方法合成材料，减少了化学方法对环境和人体的纯度污染。
二氧化硅的表面改性可以改变其形态、粒度、分散性、亲水性或亲油性等性质，以满足不同领域的需求。
Part 2 表面改性的二氧化硅在涂料中的应用表面改性的二氧化硅在涂料中有着广泛的应用，如增强涂料的耐久性、增加涂层硬度和防护性能等。
这里将介绍几种常见的涂料应用。
1. 环保水性涂料环保水性涂料是近年来的新型涂料。
它用水来代替有机溶剂作为分散介质，在涂料制备过程中，表面改性的二氧化硅微粒可增加涂层的附着力和耐久性。
此外，它还能提高涂层的耐冲击和耐刮擦性能。
2. 防护涂料普通涂料在遇到大气污染、化学腐蚀等环境因素时，容易发生老化、脱落等现象。
表面改性二氧化硅微粒加入到防护涂料中，能够增强涂层的耐久性和耐腐蚀性能，保护钢结构和工程设备等。
3. 自清洁涂料随着人们环保意识的增强，自清洁涂料得到了越来越广泛的应用。
自清洁涂料可以在涂层表面形成一层薄膜，能有效防止污垢和细菌的产生。
表面改性的二氧化硅可用作添加剂，在涂层中发挥催化作用，增加其抗氧化能力和自洁能力。
纳米二氧化硅表面改性及辐射引发接枝GMA的研究
孙贵生 俎建华 刘新文 童 龙
（ 上海大学射线应用研究所
上海 ２ １０ ０ ８ ０）
摘要 利用偶联剂对纳米二氧化硅进行表面化学改性，制备 了乙烯基活化的纳米二氧化硅。 随后运用 １ ， 射线引发 共辐照接枝的方法在改性纳米二氧化硅上接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯 （ ｌｃ ｙ ｍ ｔａｒｌｔ，Ｇ Ｇ ｙｉ ｌ ｅ ｃ ａ ｄ ｈ ｙ ｅ ＭＡ）单体 ，研 究 了单体浓度 ，辐照剂量等 因素对接枝率 的影响规律 ，明确了反应条件与接枝率的对应关系 ，并采用傅立叶变
Ｆ ｇ３ ＦＦＩ ｓ ｅ ｔａｏ ｌ ｏ ｉ ｘ ｄ ｇ ａ ｔｄ ｉ ． － Ｒ ｐ ｃ ｆ ｉ ｃ ｎ ｄ ｏ ｉ ｅ ａＵｎ ｆｅ ， ｒ ｓｉ ｒ
Ｆｇ Ｅ ｅｔ ｆ ＭＡｃ ｎｅｔ ｔ ｎｏ ｅ ａ ｉｇｙ ｌｏ ｉ． ２ ｆ ｃｏ Ｇ ｃｎ ａ ｏ ｎｔ ｆｎ ｅｄ ｆ ｏ ｒｉ ｈ ｇ ｔ ｉ ｒ
２３ 红 外分析 ．
图１ Ｇ 为 ＭＡ接 枝率与 辐照总 剂量 的关 系 ， 辐
照剂量在 ３ ０ Ｇ —１ｋ ｙ范围内时接枝率随辐照剂量的 增 加而增 大 。 辐照 剂量大 于 １ｋ ｙ 后 ， ０Ｇ 曲线上升趋 势逐渐平 缓 ，接 枝率增 大的速 度变慢 ，接 枝反应 的
最后 阶段 接枝率基 本保 持恒定 ，这是 由于基 体 自由 基 之 间随反 应时 间的延 长相互 结 合 的几 率增 大 ， Ｊ
２６ ７
辐 射 研 究 与 辐 射 工 艺 学 报
第２ ５卷
所得 产物 即为 ＳＯ 一— ＭＡ接 枝共 聚物 。 ｉ２ Ｇ ｇ
１ 接枝率 的测定 ． ４
将接 枝产物再 经丙酮用 索 氏抽提器 抽提 ５ 以 ｈ 上进 一 步 除去均 聚物 ，在 ５ ℃烘 箱 中干燥 至恒 重 ０ （ ），以下式计算 接枝率 Ｇ （ 为样 品原 重 ）。
表面改性
纳米TiO2的制备及表面改性的研究摘要：本文通过钛盐络合物水解方法制备了纳米二氧化钛，并用KH-570对TiO2进行表面改性。
利用XRD、TEM等分析测试手段对制备的TiO2粉体的晶相组成，晶体形貌进行了表征。
并讨论了热处理温度对TiO2晶型的影响，结果表明改性后的TiO2有优良的分散性能。
关键词：纳米TiO2；表面改性；高分子材料；负离子二氧化钛是一种性能最好的白色颜料，对光散射力强，着色力高，遮盖力大，白度好。
随着粒子尺寸的微细化（1nm～100nm），其表面电子结构和晶体结构发生了变化，产生了普通粒度级粒子所不具备的表面效应，小粒子效应，量子效应和宏观量子隧道效应，从而使其具有优异的紫外线屏蔽作用，颜色效应，光化活性等，纳米TiO2 具有多种优越的特殊性能，将之与高分子材料相结合，将会推动着材料科学的发展，提高人们的物质生活水平[1]。
1．实验部分1.1实验药品 C2H5OH(乙醇)，TiCl4(四氯化钛), TEA(三乙醇胺)， AMP-95（2-氨基-甲基-丙醇)，KH-570（γ-甲基丙烯酰氧基三（甲氧基）硅烷），H2O。
1.2性能测试德国Mastersizer2000激光粒度分析仪测试二氧化钛粒径及分布；日本JEOL-2010型透射电镜观察二氧化钛形态及粒径；丹东奥龙射线有限公司生产Y2000型X—射线粉末衍射仪测试二氧化钛晶体结构；日本ECO-HOLISTIC.INC出品的负离子强度测试仪EB-13 IONTESTER 测试二氧化钛放负离子强度。
1.3 实验过程1.3.1纳米二氧化钛的制备方法在常温，磁力搅拌的情况下，将四氯化钛缓慢滴加到溶有三乙醇胺的乙醇溶液中。
该反应剧烈，放出大量的热，并有大量的酸雾形成，形成糊状络合物。
TiC14与TEA的物质的量比为l:2，乙醇作为溶剂，其体积为三乙醇胺的3倍。
将络合物在30℃左右保温一段时间后，加去离子水溶解配成溶液。
将配好的溶液在磁力搅拌的情况下，按不同的量滴加到100m1AMP-95的水溶液中，得到纳米锐钛矿型二氧化钛溶胶。
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。
一种纳米二氧化硅的表面改性方法[发明专利]
![一种纳米二氧化硅的表面改性方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/110196fca0c7aa00b52acfc789eb172ded6399e3.png)
(10)申请公布号 CN 103013182 A(43)申请公布日 2013.04.03C N 103013182 A*CN103013182A*(21)申请号 201210517111.0(22)申请日 2012.12.06C09C 1/28(2006.01)C09C 3/12(2006.01)(71)申请人常州大学地址213164 江苏省常州市武进区滆湖路1号(72)发明人宋仁国 李鑫伟 王超 姜冬(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司 32200代理人楼高潮(54)发明名称一种纳米二氧化硅的表面改性方法(57)摘要本发明涉及一种纳米二氧化硅的表面改性方法，主要是在二氧化硅纳米粒子的表面引入官能团，从而改善二氧化硅纳米粒子的分散性和抗老化性，属于粉末材料加工技术领域。
本专利直接对纳米二氧化硅成品进行改性，实验表明，在偏碱性条件下可以加速KH-550硅烷偶联剂的水解，减少反应的时间，从而提高改性效果，改性后，KH-550硅烷偶联剂牢固的键合在二氧化硅纳米粉体表面，KH-550的加入能够有效的改善纳米二氧化硅填料在聚合物中的分散性和润湿性，本专利提供了较适宜的pH 值范围和改性时间。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书3页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页1/1页1.一种二氧化硅纳米粉末表面改性方法，其特征在于经过下列步骤制得：A 、将二氧化硅纳米粉末加入到无水乙醇中，配成质量浓度为1-3%的乙醇溶液，然后超声振荡使得二氧化硅纳米粉末在乙醇溶液中混合均匀；B 、按二氧化硅质量的0.5-3%，取KH-550硅烷偶联剂加入去离子水中，配成质量浓度为1-5%的水溶液，将pH 值调至8-11，然后超声振荡5-10min 使得KH-550硅烷偶联剂在去离子水中预水解；C 、将B 中得到的水溶液加入A 中得到的溶液中，搅拌均匀后，在80℃下搅拌2-4h ；D 、对C 中得到的混合浆料按常规进行乙醇洗、水洗、抽滤、烘干、研磨后，即得到表面改性的纳米二氧化硅产品。
纳米二氧化硅表面改性条件优化论文
纳米二氧化硅表面改性条件优化【摘要】引入微波有机合成技术对纳米sio2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sio2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sio2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320w，硫酸用量为1.25%（质量百分含量），微波辐射反应时间为15min。
【关键词】纳米二氧化硅；表面处理；微波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[1]，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。
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。
纳米白炭黑粉体表面改性的研究
纳米白炭黑粉体表面改性的研究1 研究目的和意义白炭黑是一种超细微具有活性的二氧化硅粒子，是一种白色、无毒、无定形微细粉状物，具有多孔性、高分散性、质轻、化学稳定性好、耐高温、不燃烧、电绝缘性好等优异性能的重要无机硅化合物。
其相对密度为2.319～2.653，熔点为1750℃，是一种重要的精细无机化工产品。
化学名称为水合无定形二氧化硅或胶体二氧化硅，分子式为SiO2 .nH2O，系以Si原子为中心，O原子为顶点所形成的四面体不规则堆积而成的。
它表面上的Si原子并不是规则排列，连在Si原子上的羟基也不是等距离的，它们参与化学反应时也不是完全等价的[1]。
和其他氧化物相似，一旦白炭黑(SiO2)和湿空气接触，表面上的Si原子就会和水"反应"，以保持氧的四面体配位，满足表面Si原子的化合价，也就是说，表面有了羟基。
白炭黑对水有相当强的亲和力，水分子可以不可逆或可逆地吸附在其表面上。
所以SiO2表面通常是由一层羟基和吸附水覆盖着，前者是键合到表面Si原子上的羟基，也就是化学吸附的水；后者是吸附在表面上的水分子，也就是物理吸附的水。
已有的研究成果表明白炭黑表面存在羟基官能团，其羟基主要划分为三种类型[2]：(1)孤立单羟基， SiOH；(2)孤立双羟基，=Si(OH)2；(3)在羟基相互之间有氢键存在的邻位羟基。
当表面硅醇基浓度足够大时白炭黑表面是亲水的。
水分子可以和白炭黑表面的羟基群形成氢键。
白炭黑具有特殊的表面结构(带有表面羟基和吸附水)、特殊的颗粒形态(粒子小，比表面积大等)和独特的物理化学性能, 白炭黑微粉能提高材料和产品固有的物理属性和化学性能，广泛应用于催化剂、催化剂载体、石油化工、脱色剂、消光剂、橡胶补强剂、塑料充填剂、油墨增稠剂、金属软性磨光剂、绝缘绝热填充剂、高级日用化妆品填料及喷涂材料等各种领域，是橡胶、化工、电子、医药等行业提高产品质量所需要的“工业味精”。
然而，由于白炭黑内部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基及其吸附水，使其呈亲水性，在有机相中难以湿润和分散，与有机基体之间结合力差, 易造成界面缺陷, 使复合材料性能降低；而且由于其表面存在羟基，表面能较大，聚集体总倾向于凝聚，因而产品的应用性能受到影响。
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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。
通过上述介绍，可以看出，纳米二氧化硅粉体的表面改性研究受到越来越多的关注，已经取得了相当可观的进展，但仍有许多挑战和机会需要拓展和深化研究。
未来，纳米二氧化硅粉体的表面改性技术将发展得更加成熟并受到广泛应用，从而有效提升材料的特性表现和应用前景。