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  • 纳米二氧化硅如何进行表面改性?
  • 发布时间: 2019-09-05 点击次数:127 
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    纳米二氧化硅的粒径小、比表面积大、生物相容性好,且具有纳米材料的表面界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等优点,应用广泛。


    但是,纳米二氧化硅表面有大量活性羟基,亲水性强,使其极易形成附聚体或二次聚集,不利于其在材料中的分散,进而影响材料的结构与性能。因此,需要对纳米二氧化硅进行表面改性,以保证其能稳定存放和提高其在聚合物基质中的分散性等。


    纳米二氧化硅表面改性的方法较多,主要分为物理改性和化学改性两大类。


    1、纳米二氧化硅的物理改性


    纳米二氧化硅的物理改性,主要是通过吸附、包覆等物理作用将改性剂吸引至纳米二氧化硅表面,改变其表面性质,以达到减少团聚、增加分散稳定性的目的。


    纳米二氧化硅的物理改性剂主要有表面活性剂、金属氧化物和聚合物等。


    采用物理法对纳米二氧化硅进行表面改性,能制备出各种包覆结构的材料,可满足不同应用需要。但由于其只通过范德华力、静电力等简单地吸附或包覆纳米二氧化硅粒子,有机相与无机相之间的作用力较弱,当体系的环境如温度、pH值、压力等条件改变时,可能会出现明显的相分离。


    2、纳米二氧化硅的化学改性


    纳米二氧化硅的化学改性,主要是利用纳米二氧化硅表面的大量羟基与改性剂反应,以减少羟基数,改变粒子表面的亲疏水性,还可根据需要引入不同的基团,扩大纳米二氧化硅的应用范围。


    (1)偶联剂改性法


    在纳米二氧化硅常用的偶联剂改性法中,硅烷偶联剂的应用最为广泛,其可与纳米二氧化硅表面的羟基缩合成硅氧键。


    采用偶联剂对纳米二氧化硅进行表面改性时,偶联剂需要先水解,才能与纳米二氧化硅反应。而其水解产物会发生自缩合,对水解产物与二氧化硅表面羟基的反应造成阻碍,在一定程度上降低偶联的效能,使纳米二氧化硅的表面改性不完全。


    (2)醇酯改性法


    醇酯法是在高温高压条件下,采用脂肪醇与纳米二氧化硅表面的羟基反应,以达到改变二氧化硅表面润湿性的目的。


    与硅烷偶联剂法相比,醇酯法的优点在于改性剂脂肪醇的价格较低廉,易于合成且结构容易控制。但改性效果受醇的烷基链长度的影响,且需要在高温高压下进行,对反应条件要求较高。


    (3)聚合物接枝改性法


    通过特定方式将聚合物接枝到纳米二氧化硅表面,可有效提高粒子的疏水性并改善其在纳米复合材料中的界面亲和性。接枝聚合物的长链结构可以与基体聚合物之间产生链缠结,使这种修饰更为均匀紧密,同时可根据需要选择不同的接枝单体及接枝条件,使改性更具多样性和可控性。


    聚合物接枝改性纳米二氧化硅根据接枝方式的不同可分为“Grafting to”和“Grafting from”。


    “Grafting to”法一般是指将末端功能化聚合物共价连接到纳米二氧化硅表面。


    “Grafting from”法则是利用纳米二氧化硅表面的大量羟基,先将可引发聚合的活性点,如阳离子、阴离子或自由基等引入纳米二氧化硅表面,再引发周围单体在粒子表面发生聚合,使聚合物长在纳米二氧化硅表面上。


    “Grafting from”法以原位接枝预聚物链段引入聚合物,空间位阻并不会限制在活性引发位点上较小的单体分子的接枝增长,具有较高的接枝效率。但在与材料复合的过程中,纳米二氧化硅表面连接的长链高分子可能发生缠结而使相邻的二氧化硅再次团聚在一起,不利于其在聚合物基体中进一步分散。


    (4)原位改性法


    一般化学改性可有效降低纳米二氧化硅的团聚,但也存在纳米二氧化硅在改性前就团聚的问题。因此,可考虑在纳米二氧化硅的制备过程中完成改性以得到表面功能化的二氧化硅粒子。


    黄芬等人采用溶胶-凝胶法原位生成有机硅改性的纳米二氧化硅粒子,并结合环氧聚酯制备了TH1178-2耐电晕无溶剂绝缘漆,与直接掺杂纳米二氧化硅改性相比,原位生成的改性纳米二氧化硅粒子分散更为均匀,无明显团聚现象出现,所制备的耐电晕漆的耐电晕性能、电气性能和力学性能等均更为优良

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