納米SiO2的表面改性及應(yīng)用

納米SiO2外表改性及其應(yīng)用

背景納米SiO2粒子具有極大的比外表積和外表能,因而極易團(tuán)聚,致使其在應(yīng)用中無(wú)法發(fā)揮納米粒子的優(yōu)異性能,通過(guò)對(duì)納米粒子外表改性可改善這一狀況。納米粒子的外表改性是指通過(guò)物理、化學(xué)等方法對(duì)納米粒子外表進(jìn)行處理,使納米粒子外表的活性羥基和不飽和懸空鍵與改性劑分子間的結(jié)合力增強(qiáng),有效地降低納米粒子的外表結(jié)合能,從而實(shí)現(xiàn)納米粒子的別離。Part1內(nèi)容：TableofContents

3.改性意義

1.改性方法

2.納米SiO2應(yīng)用Part1一、改性方法1.化學(xué)法改性納米SiO2

1.1醇、酸改性納米SiO2:醇、酸類化合物可與納米SiO2外表含有的大量羥基及不飽和殘鍵發(fā)生化學(xué)反響,使納米粒子外表鏈接有機(jī)基團(tuán),從而提高納米粒子與有機(jī)物的相容性。1.2外表活性劑改性納米SiO2:的主要方式為:物理吸附,其吸附機(jī)理大致為以下幾種:離子交換吸附,離子對(duì)吸附,氫鍵吸附,電子極化吸附,引力(色散)吸附,慎水作用吸附?；瘜W(xué)反響,外表活性劑中的反響基團(tuán)與粒子外表活性基團(tuán)反響,形成新的化學(xué)鍵,以到達(dá)對(duì)粒子外表進(jìn)行修飾和改性的目的。改進(jìn)方法1.3偶聯(lián)劑改性納米SiO2:采用偶聯(lián)劑改性納米SiO2也可以解決納米粒子與有機(jī)體親和性差的問(wèn)題。一般偶聯(lián)劑分子必須具備兩種基團(tuán):能與納米SiO2粒子外表羥基進(jìn)行反響的極性基團(tuán)和與有機(jī)物有反響性或相容性的有機(jī)官能團(tuán)。常用的偶聯(lián)劑有如下幾種:(1)硅烷偶聯(lián)劑:有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑是目前應(yīng)用最多、用量最大的偶聯(lián)劑,對(duì)于外表具有羥基的無(wú)機(jī)納米粒子最有效。(2)鈦酸酯偶聯(lián)劑:這一類偶聯(lián)劑對(duì)許多無(wú)機(jī)粒子有良好的改性效果。(3)其它偶聯(lián)劑:常用的偶聯(lián)劑有鋁酸酯偶聯(lián)劑、鋯鋁酸酯偶聯(lián)劑、鋁鈦復(fù)合偶聯(lián)劑、稀土偶聯(lián)劑、硬脂酸類偶聯(lián)劑、磷酸酯類偶聯(lián)劑等。改進(jìn)方法1.4聚合物包覆改性納米SiO2(1)接枝聚合改性法納米SiO2粒子在涂料及高分子材料中的分散性對(duì)基材的性能有很大的影響。一類首先將具有活性端基的化合物通過(guò)化學(xué)鍵合作用接枝到納米SiO2外表的活性點(diǎn)上,然后高活性聚合物單體在引發(fā)劑作用下在粒子外表發(fā)生聚合反響,制得接枝聚合的納米粒子。一類是直接在納米SiO2外表引入過(guò)氧化物類或偶氮類引發(fā)劑,引發(fā)聚合物接枝聚合。還有在納米SiO2粒子外表引入含有烯基、環(huán)氧基等活性基團(tuán),再與其他單體發(fā)生共聚可獲得接枝聚合改性的納米SiO2粒子。還有在納米SiO2粒子外表引入含有烯基、環(huán)氧基等活性基團(tuán),再與其他單體發(fā)生共聚可獲得接枝聚合改性的納米SiO2粒子。改進(jìn)方法(2)乳液聚合改性法第一類是無(wú)皂乳液聚合法。此法是在水相中直接參加納米SiO2粒子、活性單體和引發(fā)劑進(jìn)行無(wú)皂乳液聚合,制得的改性納米SiO2粒子具有粒徑分布均勻和粒子外表比較潔凈的特點(diǎn)。第二類是微乳液聚合法。微乳液通常是由外表活性劑、助外表活性劑、油類和水在適宜的比例下自發(fā)形成的熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、低黏度、外觀透明或半透明的分散體系。微乳液聚合能使所有納米粒子包覆聚合物且易于控制微粒大小和分布,因而在對(duì)納米粒子進(jìn)行包覆處理時(shí)具有潛在的優(yōu)勢(shì)。改進(jìn)方法2.納米SiO2制備、改性同步法采用同步改性法,即在溶膠-凝膠法制備納米SiO2粒子的過(guò)程中參加有機(jī)改性劑,或?qū)⒅苽涞墓枞苣z直接參加到需要改性的有機(jī)體系中,此時(shí)生成的納米粒子粒徑小,外表能極強(qiáng),促使納米粒子與有機(jī)體系中的有機(jī)鏈結(jié)合。這種方法可有效地防止粒子在改性前可能發(fā)生的團(tuán)聚。改進(jìn)方法3.無(wú)機(jī)物改性納米SiO2：無(wú)機(jī)物包覆的核-殼型納米復(fù)合粒子賦予納米材料許多優(yōu)異性能。納米SiO2粒子分散在水溶液中,可以吸附無(wú)機(jī)物在其外表形成包覆,或通過(guò)粒子外表功能基團(tuán)引發(fā)反響將其包覆。改進(jìn)方法4.其他改性方法

超聲波：是制備核-殼型復(fù)合納米SiO2粒子選擇之一,主要是利用超聲震蕩較大幅度地弱化納米粒子間的團(tuán)聚能。如在室溫條件下,超聲波輻射醋酸鋅、硫代乙酰胺和SiO2溶膠的混合液,反響后納米ZnO粒子(1~5nm)以單層或納米團(tuán)簇狀態(tài)凝集在納米SiO2溶膠粒子外表。高能改性法；是利用微波、等離子體等對(duì)納米SiO2外表進(jìn)行改性。采用高能處理的方法,可使化學(xué)法難以引發(fā)的結(jié)合羥基產(chǎn)生具有引發(fā)活性的活性基團(tuán),進(jìn)而引發(fā)改性劑在其外表反響。改進(jìn)方法Part2二.改性納米SiO2的應(yīng)用

Part2改性納米SiO2的應(yīng)用

TableofContents2.1在硅橡膠中的應(yīng)用2.4在密封膠、膠粘劑中的應(yīng)用

2.6在其他方面的應(yīng)用

2.2在涂料中的應(yīng)用2.3在塑料中的應(yīng)用

2.5在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中應(yīng)用

2.1在硅橡膠中的應(yīng)用硅橡膠的主鏈由無(wú)機(jī)硅氧鍵組成,側(cè)基為烴類基團(tuán),因而具有極好的低溫性能和耐熱、耐老化性能。但是,由于其分子間作用力弱,機(jī)械強(qiáng)度極差,不填充補(bǔ)強(qiáng)填料的硅橡膠幾乎沒(méi)有使用價(jià)值。納米SiO2外表存在大量的活性羥基,有利于和偶聯(lián)劑的一端發(fā)生反響,而偶聯(lián)劑另一端可與硅橡膠有機(jī)大分子發(fā)生作用,使得納米SiO2粒子在硅橡膠中以交聯(lián)中心的形式存在,提高了分子間的鍵合力,還可以根本消除結(jié)構(gòu)化效應(yīng),并大大改善與硅橡膠外表的濕潤(rùn)性和分散性,提高膠料中補(bǔ)強(qiáng)填料用量,以到達(dá)提高力學(xué)性能的目的。2.2在涂料中的應(yīng)用在涂料中添加了改性納米SiO2粒子后,可使涂料的附著力、抗沖擊、柔韌性等性能得到提高,還可以提高涂料的耐老化、耐腐蝕、抗輻射性能。復(fù)旦大學(xué)的研究人員通過(guò)共混法及原位聚合法制備了改性SiO2高固體成分丙烯酸納米復(fù)合涂料,實(shí)驗(yàn)說(shuō)明制得的涂膜的擺桿硬度、顯微硬度、楊氏模量、耐磨性和耐刮傷性等方面均有所增強(qiáng)。此外,納米改性涂料還可能呈現(xiàn)出自清潔、抗靜電、隱身吸波、阻燃等特殊性能。2.3在塑料中的應(yīng)用納米材料可對(duì)塑料起到增韌、增強(qiáng)的效果,還可改善塑料的抗老化性。當(dāng)用二甲基硅烷處理的SiO2(粒徑14nm)體積分?jǐn)?shù)為聚乙烯的4%時(shí),采用了澆注成模的方法制備了SiO2/PE復(fù)合材料,該復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度約為基材的2倍。填充聚丙烯復(fù)合材料時(shí),材料的模量和強(qiáng)度均有所提高,韌性也顯著改善。2.4在密封膠、膠粘劑中的應(yīng)用密封膠和膠粘劑對(duì)產(chǎn)品粘度、流動(dòng)性、固化速度等均有很高的要求。將經(jīng)過(guò)有機(jī)改性納米SiO2粒子參加到密封膠、膠粘劑中,納米SiO2粒子的分散性和相容性得到了改善,改性納米SiO2在密封膠中以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式存在,有效抑制了膠體的流動(dòng),有助于粘結(jié)效果的提高。2.5在生物醫(yī)藥領(lǐng)域中應(yīng)用由于改性納米SiO2具有無(wú)毒無(wú)害、易分散等特點(diǎn),在生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。CsogorZ等人基于納米SiO2無(wú)毒無(wú)害的特點(diǎn),對(duì)納米SiO2進(jìn)行外表改性,制得一種全新DNA載體,并成功地將DNA輸送到特殊的細(xì)胞核內(nèi)部,此項(xiàng)研究為其在基因治療方面展現(xiàn)了廣闊的前景。2.6在其他方面的應(yīng)用納米SiO2粒子外表以凸凹不平的原子臺(tái)階形式存在,增加了化學(xué)反響的接觸面,為其外表負(fù)載其他納米金屬催化劑提供了條件。納米SiO2粒子還具有高擴(kuò)散性、低燒結(jié)性、熔點(diǎn)降低等特性,是潤(rùn)滑材料的優(yōu)良添加劑。而改性后的納米SiO2粒子極易分散于潤(rùn)滑材料,還可以對(duì)摩擦界面進(jìn)行一定的填補(bǔ)和修復(fù),起到抗磨作用。Part3三、小結(jié)

納米SiO2粒子由于具有高比外表積、高外表能,因而極易團(tuán)聚,其優(yōu)良特性也隨著團(tuán)聚的加劇而消失。對(duì)納米SiO2粒子進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐獗砀男钥捎行ё钄嘣诟咄獗砟茏饔孟碌膱F(tuán)聚現(xiàn)象,可繼續(xù)保持納米SiO2粒子的特有性能,從而拓展了納米SiO2的應(yīng)用領(lǐng)域。在高分子材料領(lǐng)域中,改性納米SiO2粒子既