纳米氧化镁表面改性方法

纳米氧化镁表面改性方法

摘要：粉末颗粒的分散，传统传统表面改性方法，新型表面改性方法，及其应用和发展趋势。

粉末颗粒的悬浮分散体系有四种，固体颗粒在气相中的悬浮、固体颗粒在液相中的悬浮、液体颗粒在气相中的悬浮、液相颗粒在另一互不相容液体中的悬浮。表面改性有物理法、化学法、还有添加表面该型机的方法。

粉末颗粒在空气中的分散，当颗粒粒径很小，微米纳米级别，极易在空气中发生粘结团聚，这对分体加工过程极为不利。他的粘结是由颗粒间各种作用力引起的，主要是范德华力和静电引力，还有颗粒在空气中的粘结力。

1：范德华力是分子间的相互引力，这个力与分子间距的七次方成反比，是一个短程力。但是对于很多分子的集合体系，比如超细颗粒，随着颗粒间的距离增大分子间的作用力衰退程度明显变缓。

2：颗粒间的静电作用在干空气中绝大多数的粉末颗粒是自然荷电的荷电的。途径主要有三种，一个是颗粒在其制备过程中比如电解法或喷雾法可使颗粒带电干法球磨研磨过程中颗粒表面由摩擦带电。二是颗粒与核电表面接触而带电。三是气体离子的扩散作用而使颗粒荷电。

3：颗粒在湿空气中的粘结力。改变颗粒表面的湿润性就可以降低颗粒间的粘附性。

表面改性的方法，传统的方法有物理法、化学法使表面处理剂吸附在物质的表面或在物质表面发生化学反应，形成薄膜使其表面活化，从而改善物质的

表面性能。

纳米氧化镁表面改性的内容有三点。一、研究纳米颗粒的表面特性以便针对新的进行改性处理。二、利用上述测定结果对粒子的表面特性进行分析三、确定表面改性剂的类型及处理工艺。

纳米氧化镁表面改性方法。

1：物理方法。利用球磨、研磨高速剪切的方法对粒子进行激活，改变其晶体结构和物理化学的结构这种机械力的作用。通常被认为是物理分散，在外力的作用下，活性粉末表面与其他物质发生反应附着从而达到对其表面改性的目的。

其一，胶囊改性法。又称微乳液改性，这个方法是在纳米碳酸钙表面包上一层其他物质的膜，使粒子表面特性发生改变。和表面包覆改性不同的是包覆的膜是均匀的。引用，要先把碳酸钾水溶液和非离子型表面吗活性剂的0.5%苯溶液，以体积比为3比7的比例混合，然后用分散机高速搅拌，制备w/o型水溶液；将浓度为0.8mol/l的氯化钙水溶液在剧烈搅拌的情况下，用长颈漏斗向w/o型水溶液中注入，搅拌半个小时，生成的沉淀用离心机分离，过滤、甲醇洗涤、干燥，得到纳米碳酸钙粉末。

其二，高能表面改性。高能处理法是通过高能粒子在纳米粒子表面产生活性点，使其易与其他物质发生化学反应或附着，从而达到改性分散的目的。吴春蕾等分别用苯乙烯和丙烯酸乙酷对纳米SiO₂进行高能辐照接枝聚合改性，然后与聚丙烯共混制备SiO₂对PP复合材料，研究表明接枝改性的 SiO₂对PP 有较好的增强增韧效果。高能表面改性包括高能射线(γ射线、χ射线等)、等离子体处理几种方法。但此法成本高、改性效果不稳定、粘性不足、生产能力

小，未能得到广泛应用。高能射线改性就是将碳酸钙粉体干燥后在电子加速器内用高能辐射，使其表面产生活性点，然后加入乙烯基单体，乙烯基单体与表面的活性点反应，在粒子表面形成一层有机包膜。等离子体化学反应主要是通过高速电子碰撞分子使之激发、离解、电离，并在非平衡状态下进行反应其三，表面包覆改性。表面包覆改性与化学改性方法不同。在制备纳米粒子的溶液中加入表面活性剂，纳米粒子生成的同时，表面活性剂包覆在其表面，形成均匀的纳米颗粒，表面改性剂与纳米粒子表面无化学反应，包覆物与颗粒之间依靠物理方法或范德华力而连接。此种方法可有效改善纳米粒子的分散性

2，化学方法。其一，偶联剂法。作为无机物的纳米粒子在有机物中很难分散，为此可采用偶联技术，即纳米粒子表面经偶联剂处理后可与有机物产生良好的相容性，偶联剂在此过程中起“分子桥”的作用，一端与无机物表面发生化学反应，另一端与有机物起反应或相容，使两种性质差异大的分子能够相容。引用刘竞超等借助偶联剂的作用采用原位分散聚合法制得环氧树脂/nano-SiO₂复合材料,发现所用偶联剂能促使nano-SiO₂在环氧树脂中均匀分散。

John W. L.等[17]采用超细SiO₂在水相体系(pH=3.5~5.0)中用硅烷偶联剂处理，得到表面疏水的SiO₂浆料。其二，酯化反应法。金属氧化物与醇的反应称为酯化反应，利用酯化反应对纳米微粒表面修饰改性最重要的是使原来亲水疏油的表面变成亲油疏水的表面。裴秀中采用酯化反应对超细粉体进行表面修饰，通过活化指数的测定，得出粉体表面亲水亲油性转变的结论。酯化反应中采用伯醇最有效，仲醇次之，叔醇无效。该法对表面为弱酸性和中性的纳米粒子最有效。

3，表面活性剂对纳米氧化镁的改性。所谓表面活性剂，是指极少量就能显著改变物质表面或界面性质的物质。其分子结构特点是包含着两个组成部分疏水基(较长的非极性烃基)和亲水基(较短的极性基)。各类表面活性按其亲水基的类型又可进一步分成：阴离子型、阳离子型、非离子型和两性表面活性剂。

4，偶联剂对纳米氧化镁表面改性偶联剂也是一种具有两性结构的物质，即含有两类性质不同的化学基团：亲无机基团和亲有机基团。故它能把两种下同性质的物质通过化学或物理的作用结合起来，是有机物与无机物之间的桥梁。偶联剂通过化学反应与无机颜料、填斗表面进行偶联结合。从结合强度、提高无机颜料和填料在基料中的分散性以及降低自由能来看，偶联剂优于表面活性。根据分子结构，偶联剂可分为硅烷偶联剂、钛酸酯、铝酸酯等偶联剂。

纳米氧化镁的应用范围十分广泛、经济效益非常可观。因此，如何制备分散性、稳定性好及具有不同表面性能的纳米氧化镁粒子，使其在极性和非极性介质中都能处于良好、充分的分散状态，无疑是纳米氧化镁制备和应用的关键。而改性技术的应用恰恰可以做到。在表面改性研究过程中，要注意以下问题：除运用表面活性剂进行表面改性外，还必须尝试其它改性方法。