硅烷偶联剂KH-570对纳米SiO2 的表面改性及其分散稳定性

2016-02-17 20:45阅读：

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纳米 SiO2 是目前世界上大规模工业化生产的产量最高的一种纳米粉体材料，具有特殊的光学性能、光催化特性、填充特性和流变特性，广泛应用于电子封装材料、高分子复合材料、塑料、涂料、橡胶、颜料、陶瓷、胶黏剂、玻璃钢、药物载体、化妆品及抗菌材料等领域。但是，和所有超细粉体存在的问题相似，纳米SiO2 表面极性强、表面能高，处于热力学非稳定状态，极易发生粒子团聚，在使用时影响纳米微粒所具有的功能。由于纳米SiO2 表面易与空气中的水分子作用而带有羟基，表现出很强的亲水疏油性，在有机介质中难以均匀分散，难以与基料很好结合，易造成界面缺陷，导致材料性能下降，使纳米材料的优越性能得不到应有的发挥。
表面改性是解决以上问题的有效方法之一。改性剂的选择直接影响到改性效果，目前采用表面活性剂、偶联剂对纳米SiO2 进行表面改性研究的报道很多。采用硬脂酸钠和十二烷基磺酸钠两种阴离子表面活性剂在水溶液中分别对纳米SiO2 进行表面改性，其中Ba2+预活化与十二烷基磺酸钠改性联用的效果较好。采用硅烷偶联剂KH-570改性纳米

pan >SiO2，分别分散在水和无水乙醇不同体积比例混合的溶液中进行表面改性，对比发现无水乙醇和水体积比例为3︰1 的溶液中纳米SiO2 的表面改性效果最好。
未改性纳米SiO2 在无水乙醇中的团聚体尺寸较大，并且有大块的堆积现象。这是因为未改性的纳米SiO2 表面与水分子作用而带有的羟基（—OH），在无水乙醇中相互作用，以化学键或者氢键相结合，极易团聚。经KH-570改性后的纳米SiO2 相比改性前团聚体明显减小。这是由于硅烷偶联剂KH-570的水解基团与颗粒表面的羟基发生化学键合或物理吸附，在粒子表面形成有机吸附层，从而使改性后纳米SiO2 能够较好分散在有机介质中，有效改善其团聚现象。
改性前纳米SiO2团聚体直径集中于200～300 nm。改性前纳米SiO2不同粒径的团聚体中，直径在200～600 nm的团聚体占总体积的绝大多数。经硅烷偶联剂KH-570改性后，团聚体直径分布曲线明显变窄，主要集中在70～100 nm，占总数的一半以上，直径在20～70 nm的团聚体占总体积的多数。说明经硅烷偶联剂KH-570改性后的纳米SiO2在有机溶剂乙醇中的分散情况大大改善，分散稳定性提高。
经过添加硅烷偶联剂KH-570，SiO2 溶胶的Zeta 电位明显增大。根据胶体的电化学性质，溶胶粒子的静电斥力作用可以减小它们之间相互碰撞的频率，使聚结的机会大大降低，从而提高相对稳定性。Zeta 电位反映了纳米SiO2 颗粒在溶胶中吸附带电量的大小，可知KH-570改性后纳米SiO2 在溶胶中的带电量较改性前大大提高，则纳米SiO2 粒子间的静电斥力作用会随其带电量的增大而增大，从而其分散稳定性会显著提高。改性后纳米SiO2 颗粒的分散性提高很大程度得益于表面静电斥力的增加。
使用硅烷偶联剂KH-570在无水乙醇和水体积比为3︰1 的混合溶液中对纳米SiO2 进行表面改性，可以使改性剂有效的包覆粉体表面，改性后的纳米SiO2粉体在有机溶剂乙醇中的分散稳定性得到有效提高，可以使其在有机物质的添加使用中更好发挥作用。

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