纳米微粒的表面改性

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纳米微粒的表面修饰方法 纳米效应使得纳米材料在磁、光、电等方面呈现出许多传统常规材料不具备的特性，由无机纳米材料与有机聚合物复合而成的纳米复合材料具有其他材料所不具备的一些性能，主要表现如下：1.同步增强增韧效应2.强度大、模量高3.阻隔性能4.新品功能高分子材料 纳米材料在改善聚合物性能应用中具有很好的前景，用于聚合物增强增韧时必须具有良好的分散性和相容性才能与基体有较好的界面结合，以便传递应力；纳米粒子粒径小，比表面积大，表面能高，易于团聚，团聚后的粒子难以发挥其特点，还可能产生纳米微粒在聚合物中的偏聚现象，反而导致材料力学性能下降，因而需要对纳米粒子进行表面处理，改善其相容性，防止团聚。 纳米微粒的表面修饰就是用物理、化学方法改变纳米微粒表面的结构和状态，实现人们对纳米微粒表面的控制。对纳米微粒表面的修饰的目的和作用（1）改善或改变纳米粒子的分散性，防止团聚；（2）提高微粒表面活性；（3）使微粒表面产生新的物理、化学、机械性能及新的功能；（4）改善纳米粒子与其它物质之间的相容性纳米微粒的表面修饰改性 一、纳米微粒的表面物理修饰（1）采用范德华力或氢键将异质材料吸附在纳米微粒的表面，可防止纳米微粒团聚。一般采用表面活性剂对纳米微粒表面的修饰，表面活性剂分子中含有亲水基团和亲油基团。强极性溶剂中非极性溶剂中表面活性剂 （2）表面沉积：将一种物质沉积到纳米微粒表面，形成与颗粒表面无化学结合的异质包敷层。例如，在纳米TiO2粒子表面包敷Al2O3：先将纳米TiO2粒子分散在水中，加热至60℃，用浓硫酸调节pH值（1.5-2.0）,同时，加入铝酸钠水溶液，结果在纳米TiO2粒子表面形成了Al2O3包敷层。 二、纳米微粒的表面化学修饰表面化学修饰：通过纳米微粒表面与处理剂之间进行化学反应，改变纳米微粒表面结构和状态，达到表面改性的目的。纳米微粒比表面积大，表面键态，电子态不同于颗粒内部，配位不全导致悬空键大量存在，这就为人们用化学反应方法对纳米微粒表面改性提供了有利条件。 表面化学修饰（1）偶联剂法：偶联剂分子必须具备两种基团，一种与无机物表面能进行化学反应，另一种（有机官能团）与有机物具有反应性或相容性。对于表面含有羟基的纳米颗粒比较有效。例如： （2）酯化反应法：利用酯化反应对纳米微粒表面修饰改性最重要的是使金属氧化物原来的亲水疏油的表面变成亲油疏水的表面。酯化反应表面修饰法对于表面为弱酸性和中性的纳米粒子最有效。如：SiO2、TiO2、ZnO等SiO2酯化反应：在反应过程中，硅氧键断开，硅与烷氧基OR结合,完成了纳米SiO2表面酯化反应。 （3）表面接枝改性法：通过化学反应将高分子链接到无机纳米粒子表面上的方法称为表面接枝法。表面接枝改性的优点：1.可以充分发挥无机纳米粒子与高分子各自的优点，实现优化设计，制备出具有新功能的纳米微粒。2.纳米微粒经表面接枝后，大大地提高了它们在有机溶剂和高分子中的分散性，这就使人们有可能根据需要制备含量大、分布均匀的纳米粒子添加的高分子复合材料。 实验试剂：粉体二氧化硅SiO2（平均粒径14nm）、盐酸、2-氯丙酰氯CPC、三乙胺TEA、4-二甲氨基吡啶DMAP、二氯甲烷MC、POEM、对苯乙烯磺酸钠SSA、DMSO、CuCl、1,1,4,7,10,10-六甲基三亚乙基四胺HMTETASurfacemodificationofsilicananoparticleswithhydrophilicpolymersJungTaePark，JinAhSeo,SungHoonAhnJournalofIndustrialandEngineeringChemistry16(2010)517–522 Abstract:Silicananoparticlesgraftedwithawater-solublepolymer,i.e.nonionicPOEMandionicPSSAwerepreparedviaathree-stepsyntheticapproach:(1)theactivationofsilanolgroup(-OH)inthesurfaceofSiO2nanoparticles,(2)surfacemodificationtochlorinegroup(Cl)(3)graftpolymerizationfromnanoparticlesviaATRP. （1）Activationofsilanolgroups(–OH):synthesisofSiO2–OHStep1： （2）Surfacemodificationtochlorine(–Cl)group:synthesisofSiO2–ClStep2 （3）Polymergrafting-fromnanoparticles:synthesisofSiO2-g-POEMorSiO2-g-PSSAStep3 Resultsanddiscussion（1）FT-IRspectroscopy所有样品在1100cm-1波段均出现Si-O-Si吸收峰；活化后3300cm-1OH吸收峰；氯代后OH峰消失，1739cm-1出现C=O峰，1369cm-1CH3峰 每个样品中都有Si-O-Si在1100cm-1吸收峰；SiO2-g-POEM中1739，1369处峰吸收峰强度明显增加，说明接枝POEM后C=O和甲基含量增加；SiO2-g-PSSA纳米颗粒在苯环吸收带1450—1500只有弱的吸收峰，可以看到在1180，1074，948波段磺酸基的伸缩振动峰。 （2）XPS284.7eV,527.2eV,94.4eV和145.6eV峰分别对应C1s，O1s，Si2p，和Si2s轨道聚合物复合材料中Cl2p由于接枝后氯原子浓度降低峰变弱，相反，接枝使碳原子浓度增加使得C1s变强。 （3）ThermalpropertiesAr气气氛中，200℃以前主要为吸附水的脱除；根据失重百分率计算POEM和PSSA在纳米氧化硅表面的接枝量分别为5%和8%。 (4)XRDanalysis (5)FE-SEM 谢谢大家