納米二氧化硅如何進行表面改性?

來源: 北京安必奇生物科技有限公司   2019-11-18   訪問量:572評論(0)

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納米二氧化硅的粒徑小、比表面積大、生物相容性好,且具有納米材料的表面界面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應等優點,應用廣泛。

但是,納米二氧化硅表面有大量活性羥基,親水性強,使其極易形成附聚體或二次聚集,不利于其在材料中的分散,進而影響材料的結構與性能。因此,需要對納米二氧化硅進行表面改性,以保證其能穩定存放和提高其在聚合物基質中的分散性等。

納米二氧化硅表面改性的方法較多,主要分為物理改性和化學改性兩大類。

1、納米二氧化硅的物理改性

納米二氧化硅的物理改性,主要是通過吸附、包覆等物理作用將改性劑吸引至納米二氧化硅表面,改變其表面性質,以達到減少團聚、增加分散穩定性的目的。

納米二氧化硅的物理改性劑主要有表面活性劑、金屬氧化物和聚合物等。

采用物理法對納米二氧化硅進行表面改性,能制備出各種包覆結構的材料,可滿足不同應用需要。但由于其只通過范德華力、靜電力等簡單地吸附或包覆納米二氧化硅粒子,有機相與無機相之間的作用力較弱,當體系的環境如溫度、pH值、壓力等條件改變時,可能會出現明顯的相分離。

2、納米二氧化硅的化學改性

納米二氧化硅的化學改性,主要是利用納米二氧化硅表面的大量羥基與改性劑反應,以減少羥基數,改變粒子表面的親疏水性,還可根據需要引入不同的基團,擴大納米二氧化硅的應用范圍。

(1)偶聯劑改性法

在納米二氧化硅常用的偶聯劑改性法中,硅烷偶聯劑的應用最為廣泛,其可與納米二氧化硅表面的羥基縮合成硅氧鍵。

采用偶聯劑對納米二氧化硅進行表面改性時,偶聯劑需要先水解,才能與納米二氧化硅反應。而其水解產物會發生自縮合,對水解產物與二氧化硅表面羥基的反應造成阻礙,在一定程度上降低偶聯的效能,使納米二氧化硅的表面改性不完全。

(2)醇酯改性法

醇酯法是在高溫高壓條件下,采用脂肪醇與納米二氧化硅表面的羥基反應,以達到改變二氧化硅表面潤濕性的目的。

與硅烷偶聯劑法相比,醇酯法的優點在于改性劑脂肪醇的價格較低廉,易于合成且結構容易控制。但改性效果受醇的烷基鏈長度的影響,且需要在高溫高壓下進行,對反應條件要求較高。

(3)聚合物接枝改性法

通過特定方式將聚合物接枝到納米二氧化硅表面,可有效提高粒子的疏水性并改善其在納米復合材料中的界面親和性。接枝聚合物的長鏈結構可以與基體聚合物之間產生鏈纏結,使這種修飾更為均勻緊密,同時可根據需要選擇不同的接枝單體及接枝條件,使改性更具多樣性和可控性。

聚合物接枝改性納米二氧化硅根據接枝方式的不同可分為“Grafting to”和“Grafting from”。

“Grafting to”法一般是指將末端功能化聚合物共價連接到納米二氧化硅表面。

“Grafting from”法則是利用納米二氧化硅表面的大量羥基,先將可引發聚合的活性點,如陽離子、陰離子或自由基等引入納米二氧化硅表面,再引發周圍單體在粒子表面發生聚合,使聚合物長在納米二氧化硅表面上。

“Grafting from”法以原位接枝預聚物鏈段引入聚合物,空間位阻并不會限制在活性引發位點上較小的單體分子的接枝增長,具有較高的接枝效率。但在與材料復合的過程中,納米二氧化硅表面連接的長鏈高分子可能發生纏結而使相鄰的二氧化硅再次團聚在一起,不利于其在聚合物基體中進一步分散。

(4)原位改性法

一般化學改性可有效降低納米二氧化硅的團聚,但也存在納米二氧化硅在改性前就團聚的問題。因此,可考慮在納米二氧化硅的制備過程中完成改性以得到表面功能化的二氧化硅粒子。

黃芬等人采用溶膠-凝膠法原位生成有機硅改性的納米二氧化硅粒子,并結合環氧聚酯制備了TH1178-2耐電暈無溶劑絕緣漆,與直接摻雜納米二氧化硅改性相比,原位生成的改性納米二氧化硅粒子分散更為均勻,無明顯團聚現象出現,所制備的耐電暈漆的耐電暈性能、電氣性能和力學性能等均更為優良

參考資料:[1] 陳博,陳學琴,任軍,等.納米二氧化硅表面改性研究進展[J].有機硅材料,2017(31):396-399.



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