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  • 一文了解二氧化硅纳米颗粒功能化改性技术!
  • 发布时间: 2020-03-06 点击次数:554 
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    二氧化硅纳米颗粒表面存在大量的不同状态的羟基不饱和残键,亲水疏油,易于团聚,必须要对其进行功能化改性,以提高性能及应用范围。


    二氧化硅表面改性的目的主要有以下3个方面:

    • 一是改善或提高二氧化硅纳米颗粒之间的分散性及与其它物质之间的相容性,因为表面修饰后的纳米颗粒可以减弱表面活性羟基的带电效应和表面基团的亲水性,从而防止颗粒团聚或可达到与有机物质的相容性;

    • 二是通过表面修饰,在二氧化硅表面覆盖活性基团,提高或者控制其表面活性,从而为纳米粒子的进一步接枝或者功能化提供了可能性;

    • 三是拓宽二氧化硅纳米颗粒的应用范围,表面修饰后的纳米颗粒可以产生新的功能,如药物运输和释放,刺激响应性等。


    二氧化硅纳米颗粒的表面修饰可以根据表面羟基与修饰剂之间是否存在化学反应将其分为两大类:物理修饰和化学修饰。物理修饰是改变了二氧化硅表面的羟基比例,而化学修饰需要改变纳米粒子的化学特性。


    1、二氧化硅纳米颗粒物理改性


    聚合物或无机物对二氧化硅纳米颗粒进行的吸附、包覆、涂敷等物理作用是二氧化硅纳米颗粒物理改性的主要途径。二氧化硅纳米颗粒表面的羟基官能团与修饰剂无离子键或共价键的结合,是通过氢键、范德华力或配位过程相互作用进行的,所以物理改性是一种物理吸附的修饰。


    表面沉积法是二氧化硅纳米颗粒进行物理修饰的主要方法,包覆层是通过物质沉积到二氧化硅纳米颗粒的表面,此过程没有化学结合。


    2、二氧化硅纳米颗粒化学改性


    二氧化硅纳米颗粒的表面化学改性是基于表面存在的大量羟基及不饱和残键与修饰分子之间存在的化学反应实现的。表面的化学反应,是将其表面连接带有特定官能团的物质,从而改变二氧化硅表面的状态和结构。


    化学改性因为方法简单易行且牢固性强,所以成为了一种最要的表面修饰改性的方法,其中修饰分子可以分为有机分子和无机分子。


    (1)硅烷偶联剂是一种化学有机物,因为存在双功能官能团,能够在二氧化硅纳米颗粒化学改性中起到桥梁作用,能够把无机和有机分子进行牢固连接,所以偶联剂法成为了一种最常用、最基本的方法。


    (2)醇酯化法需要高温高压的条件,所用的原料为脂肪醇,它与二氧化硅纳米颗粒表面连接是通过脂肪醇与羟基的脱水反应实现的。虽然,脂肪醇易于获得,价格低廉,但是与硅烷偶联剂法相比较,不但疏水性受到烷基链的长度影响,而且改性中起作用的酯基官能团热稳定性差且易于水解。研究表明,当醇中碳原子数小于8时,疏水烷基链较短,所以疏水性能不强,要使二氧化硅纳米颗粒是完全的疏水性,其接枝率需要大于20%。脂肪醇的用量、链长、反应时间、反应温度等条件都会影响到二氧化硅纳米颗粒表面的疏水性,所以最佳反应条件的确立具有重要的实用价值。


    (3)表面接枝聚合法是指有机单体接枝在二氧化硅纳米颗粒表面的方法,此过程发生了聚合反应或高分子反应。当无机粒子表面存在聚合物化学键时,就产生新的特性,如生物活性、光敏性、金属离子的螯合性、两亲性、吸附性、有机相容性及可分散性等,使材料具备在异相催化、塑料增强、固化酶及分离生物大分子等领域广泛应用的潜能。该法能够制备性能互补、互促效应的杂化材料,所以是材料科学领域具有应用前景的重要研究课题。


    3、二氧化硅纳米颗粒物理、化学同步改性


    制备性能优异的纳米材料并广泛应用是最终的目的,所以在改性过程中物理、化学同步改性也成为了可能。为了获得粒径小、表面能极高的二氧化硅纳米颗粒,并且使纳米颗粒与有机体系中的有机链紧密结合,可以把已经合成的硅溶胶直接加入到需要改性的有机体系中,也可以在制备二氧化硅纳米颗粒的过程中加入需要修饰的有机物。


    此方法的优点是避免在修饰前二氧化硅纳米颗粒可能进行了团聚,保证纳米颗粒的晶体结构和体相成分,改善二氧化硅纳米颗粒的分散性,使其粒径更小,分散更均匀。

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