納米微粒的表面改性

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1、納米微粒的表面修飾方法納米效應使得納米材料在磁、光、電等方面呈現(xiàn)出許多傳統(tǒng)常規(guī)材料不具備的特性，由無機納米材料與有機聚合物復合而成的納米復合材料具有其他材料所不具備的一些性能，主要表現(xiàn)如下：1.同步增強增韌效應2.強度大、模量高3.阻隔性能4.新品功能高分子材料納米材料在改善聚合物性能應用中具有很好的前景，用于聚合物增強增韌時必須具有良好的分散性和相容性才能與基體有較好的界面結(jié)合，以便傳遞應力；納米粒子粒徑小，比表面積大，表面能高，易于團聚，團聚后的粒子難以發(fā)揮其特點，還可能產(chǎn)生納米微粒在聚合物中的偏聚現(xiàn)象，反而導致材料力學性能下降，因而需要對納米粒子進行表面處理，改善其相

2、容性，防止團聚。納米微粒的表面修飾就是用物理、化學方法改變納米微粒表面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，實現(xiàn)人們對納米微粒表面的控制。對納米微粒表面的修飾的目的和作用（1）改善或改變納米粒子的分散性，防止團聚；（2）提高微粒表面活性；（3）使微粒表面產(chǎn)生新的物理、化學、機械性能及新的功能；（4）改善納米粒子與其它物質(zhì)之間的相容性納米微粒的表面修飾改性一、納米微粒的表面物理修飾（1）采用范德華力或氫鍵將異質(zhì)材料吸附在納米微粒的表面，可防止納米微粒團聚。一般采用表面活性劑對納米微粒表面的修飾，表面活性劑分子中含有親水基團和親油基團。強極性溶劑中非極性溶劑中表面活性劑（2）表面沉積：將一種物質(zhì)沉積到納米微

3、粒表面，形成與顆粒表面無化學結(jié)合的異質(zhì)包敷層。例如，在納米TiO2粒子表面包敷Al2O3：先將納米TiO2粒子分散在水中，加熱至60℃，用濃硫酸調(diào)節(jié)pH值（1.5-2.0）,同時，加入鋁酸鈉水溶液，結(jié)果在納米TiO2粒子表面形成了Al2O3包敷層。二、納米微粒的表面化學修飾表面化學修飾：通過納米微粒表面與處理劑之間進行化學反應，改變納米微粒表面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，達到表面改性的目的。納米微粒比表面積大，表面鍵態(tài)，電子態(tài)不同于顆粒內(nèi)部，配位不全導致懸空鍵大量存在，這就為人們用化學反應方法對納米微粒表面改性提供了有利條件。表面化學修飾（1）偶聯(lián)劑法：偶聯(lián)劑分子必須具備兩種基團，一種與無機物表

4、面能進行化學反應，另一種（有機官能團）與有機物具有反應性或相容性。對于表面含有羥基的納米顆粒比較有效。例如：（2）酯化反應法：利用酯化反應對納米微粒表面修飾改性最重要的是使金屬氧化物原來的親水疏油的表面變成親油疏水的表面。酯化反應表面修飾法對于表面為弱酸性和中性的納米粒子最有效。如：SiO2、TiO2、ZnO等SiO2酯化反應：在反應過程中，硅氧鍵斷開，硅與烷氧基OR結(jié)合,完成了納米SiO2表面酯化反應。（3）表面接枝改性法：通過化學反應將高分子鏈接到無機納米粒子表面上的方法稱為表面接枝法。表面接枝改性的優(yōu)點：1.可以充分發(fā)揮無機納米粒子與高分子各自的優(yōu)點，實現(xiàn)優(yōu)化設計，制備出具

5、有新功能的納米微粒。2.納米微粒經(jīng)表面接枝后，大大地提高了它們在有機溶劑和高分子中的分散性，這就使人們有可能根據(jù)需要制備含量大、分布均勻的納米粒子添加的高分子復合材料。實驗試劑：粉體二氧化硅SiO2（平均粒徑14nm）、鹽酸、2-氯丙酰氯CPC、三乙胺TEA、4-二甲氨基吡啶DMAP、二氯甲烷MC、POEM、對苯乙烯磺酸鈉SSA、DMSO、CuCl、1,1,4,7,10,10-六甲基三亞乙基四胺HMTETASurfacemodificationofsilicananoparticleswithhydrophilicpolymersJungTaePark，JinAhSeo,Sung

6、HoonAhnJournalofIndustrialandEngineeringChemistry16(2010)517–522Abstract:Silicananoparticlesgraftedwithawater-solublepolymer,i.e.nonionicPOEMandionicPSSAwerepreparedviaathree-stepsyntheticapproach:(1)theactivationofsilanolgroup(-OH)inthesurfaceofSiO2nanoparticles,(2)surfacemodificationtochlor

7、inegroup(Cl)(3)graftpolymerizationfromnanoparticlesviaATRP.（1）Activationofsilanolgroups(–OH):synthesisofSiO2–OHStep1：（2）Surfacemodificationtochlorine(–Cl)group:synthesisofSiO2–ClStep2（3）Polymergrafting-fromnanoparticles:synthesisofSiO2-g-POEM