材料改性教学总结

材料改性

浅谈表面改性

摘要：本文主要总结了各种材料的改性及改性剂对其的影响，其中还涉及到各种改性方法及对材料改性的展望。

关键字：表面改性纳米金属

1 引言

表面改性是指在保持材料或制品原性能的前提下，赋予其表面新的性能，如亲水性、生物相容性、抗静电性能、染色性能等。表面改性的方法有很多报道，大体上可以归结为:表面化学反应法、表面接枝法、表面复合化法等。

表面改性技术(surface modified technique) 则是采用化学的、物理的方法改变材料或工件表面的化学成分或组织结构以提高机器零件或材料性能的一类热处理技术。它包括化学热处理(渗氮、渗碳、渗金属等);表面涂层(低压等离子喷涂、低压电弧喷涂、激光重熔复合等门薄膜镀层(物理气相沉积、化学气相沉积等)和非金属涂层技术等。这些用以强化零件或材料表面的技术，赋予零件耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射、导电、导磁等各种新的特性。使原来在高速、高温、高压、重载、腐蚀介质环境下工作的零件，提高了可靠性、延长了使用寿命，具有很大的经济意义和推广价值。

2表面改性对不同材料性能的影响

2.1 对SF/PP复合材料性能的影响

剑麻纤维（SF）因具有较高的比强度和比模量而成为树脂基体较好的天然纤维增强材料，适用于制备成本低、比模量高和耐冲击的纤维/树脂复合材料。国内常用马来酸酐接枝聚丙烯或有机硅烷为界面相容剂，来提高SF/PP复合材料的力学性能，表面改性可以提高纤维与PP基体的黏合性。使SF/PP复合材料的力学性能和流动性能提高，吸水率下降【1】。

2.2对羟基磷灰石蛋白吸附的影响

羟基磷灰石因为与人体骨组织中的无机组分相近而被广泛应用于有机/ 无机复合物中。但是, HAP 表面具有亲水性, 大多数应用于骨修复的有机材料具有疏水性, 两者的极性差异导致了界面相容性下降, 进而降低复合物的力学性能。克服这一困难最常用的方法

就是对HAP 表面改性, 它一方面可以增强复合物的力学性能, 另一方面可以使HAP 在基体间均匀分散,有利于复合物的蛋白质和细胞吸附。采用AT RP 法在HAP 表面接枝上PMMA, 随着接枝含量的增加, 改性HA P 颗粒在水溶液中的分散性增加, 并以BSA 和LSZ 两种蛋白测定了HAP 以及改性粒子对蛋白质的吸附和释放。在吸附过程中, 改性g-HAP 比纳米HAP 的单位质量蛋白质吸附量大, 表明HAP 表面接枝疏水性聚合物可以增加蛋白质吸附性能; 在释放过程中, 改性后BSA 的释放速率也比HAP 快【2】。

2.3 对片状锌粉分散稳定性的影响

采用物理化学法，将实验室自制锌粉分别添加钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂和十二烷基苯磺酸钠进行

表面改性，利用沉降法测试高度研究改性前后锌粉的分散稳定性。结果表明，不同种类、不同浓度的表面改性

剂对锌粉的分散稳定性有较大的影响；其中，经1．0％钛酸酯偶联剂改性后锌粉的分散稳定性有了明显的改

善，与进口粉的分散稳定性接近【3】。

2.4 纳米CeO2的表面改性

由于纳米CeO2颗粒比表面积大、表面活性高，在使用过程中极易发生次生团聚，分散稳定性变差，影响其所具备的特性功能，因此如何改善颗粒在水相介质中的分散和稳定是关键。纳米CeO2表面改性的效果用颗粒在水介质中的粒度分布及zeta 电位进行评价，平均粒径越小、粒度分布越窄，稳定性越高，表明改性效果越好。工艺条件：

1) 改性剂质量浓度60 g /L、改性温度25 ℃、改性时间4 h、搅拌速率150 r /min，pH 9 ～ 11 的工艺条件下，制备得颗粒粒度均匀、在水介质中基本达到单分散的纳米CeO2分散液【4】。

2.5 纳米磁种材料表面改性

超导磁分离水处理技术基本的原理是，先在水中加入磁种材料，利用磁种表面上的活性基团吸附水中污染物，然后通过超导磁体产生的强磁场实现其分离。显然，实现超导磁分离水处理的核心是磁种材料。针对不同水源，水中污染物的成分谱，需要研制出适合的磁种，以保证能够吸附各种污染物。对几种医药化工及电镀废水处理实验表明，平均去除率可达90%以上【5】。

2.6 透明光学材料的表面改性技术

如今透明光学材料正朝着在增透、防雾、高硬度的方向发展，同时该技术也是国内外相关领域研究的热门课题。

目前最为经济合理的防雾方法就是在玻璃上涂沫一层亲水物质，经烘干后得到牢固、稳定的防雾膜。经研究表明，以Si-O-Si 网状结构作为前体物的水溶胶中加入具有乙烯基双键的丙烯酸类亲水材料，既能保证膜层具有良好的亲水性和透光率，又能保证膜层与基片连接牢固。在保证膜层增透、高硬度的同时，还保证了光学镜片的防雾功能【6】。

2.7 半导体制造用碳化硅粉体偶联剂表面改性

在半导体制造工程领域，许多工程都在使用SiC 陶瓷。然而经机械粉碎后的SiC 粉体很难实现超细尺度范围内颗粒之间的均匀分散以及烧结过程中与基体的相容性，进而影响陶瓷材料性能的提高[1]。加入表面改性剂，是提高超细粉体成型性能以及制品最终性能的有效方法之一，可改善SiC 粉体的分散性、流动性，消除团聚。SiC 微粉的表面改性方法主要有酸洗提纯法、无机改性法和有机改性法等，其中有机改性法是目前主要采用的方法【7】。

2.8 纳米二氧化钛的表面改性研究

三乙醇胺与其他两种表面活性剂混合使用较单种表面活性剂处理后的纳米二氧化钛其分散效果会更好。分散纳米二氧化钛效果最佳的表面活性剂为三乙醇胺与十二烷基硫酸钠的混合物(质量比为2：1)，表面活性剂总用量为30％(质量分数)，采用搅拌和超声时间都为15 min，纳米二氧化钛的初始沉降时间为2．5 h，完全沉降时间大于120 h。纳米TiO 粒径小，表面能高，呈现强极性，处于热力学非稳定状态，极易团聚，粒子间很容易粘结在一起，很难均匀分散，大大影响了纳米材料优势的发挥。

以运城盐湖高镁卤水为原料，通过卤水石灰法联产氢氧化镁和碳酸钙，工艺简单可行，最关键是利用滩田日晒处理低浓度的氯化钠母液，不但省掉昂贵的蒸发器设备投资，节约蒸发能耗，大大降低生产成本，而且使整个工艺流程较原卤水石灰法生产氢氧化镁和氯化钙更完善、更合理，较一般工业轻质碳酸钙生产工序更简单，是一条值得推广的生产轻质碳酸钙的工艺路线【8】。

2.9 纳米无机粉体的表面改性处理

纳米材料分为纳米粉体材料、纳米固体材料、纳米组装体系三类。纳米粉体材料是纳米材料中最基本的一类。纳米粉体也叫纳米颗粒，一般指尺寸在1～lOOnm之间的超细粒子。纳米颗粒的形态有球形、板状、棒状、角状、海绵状等，制成纳米颗粒的成分可以是金属，可以是氧化物，还可以是其他各种化合物【9】。

2.10 铝酸酯对电气石的表面改性及其表征