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纳米粉体如何进行表面改性?

纳米粉体如何进行表面改性?

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【摘要】:
在实际工业应用中,纳米粉体因粒径小、比表面积和表面能大极易团聚,严重限制了纳米材料的应用。另外,纳米粉体与介质的不相容性会导致界面出现空隙,存在相分离现象,所以必须对纳米粉体进行表面处理。
对于纳米粉体来说,制备只是第一步,最难是针对不同使用介质、不同使用场合的表面改性和处理
在实际工业应用中,纳米粉体因粒径小、比表面积和表面能大极易团聚,严重限制了纳米材料的应用。另外,纳米粉体与介质的不相容性会导致界面出现空隙,存在相分离现象,所以必须对纳米粉体进行表面处理。
 
纳米粉体团聚现象
目前,纳米粉体的表面改性方法主要有偶联剂改性、有机物改性、无机物改性等。

 

1、纳米粉体偶联剂改性

偶联剂改性是偶联剂与纳米粉体表面发生化学偶联反应,两组分之间除了范德华力、氢键或配位键相互作用外,还有离子键和共价键的结合。偶联剂是在纳米粉体表面改性中应用较多的改性剂。

偶联剂改性纳米粉体用量应该适当,偶联剂用量过少不能充分与纳米粉体结合,改性不完全;偶联剂用量过多,则由于偶联剂的存在,形成有机化改性粉体物理缠结点,重新产生更大的团聚体,从而造成颗粒的聚沉。
从纳米粉体物性改良方面,偶联剂改性纳米粉体可以使其分散性得到很大的改善,但并不充分,仍然存在少量的团聚,影响了纳米粉体功能的充分发挥。虽然耐水性、疏水性有一定的提高,但目前对填充体的耐水性、疏水性要求越来越高,所以如何开发出新的偶联剂改性纳米粉体,使纳米粉体表面惰性化,具有更高的耐水性、疏水性和分散性,是一个重要的课题。
 
2、纳米粉体有机物改性
无机纳米粒子表面存在大量的活性基团,如在炭黑和碳纤维表面存在酚醛基、羟基及醌基等,而二氧化硅、氧化钛、氧化锌等无机纳米粒子也存在着活性羟基,利用这些活性基团与有机物发生接枝反应,在纳米粉体表面覆盖一层有机分子膜,从而达到改性纳米粉体的目的。
无机颗粒表面接枝聚合物后,可以将无机物的优异性质(如耐热性、导电性和强磁性等)与高分子的优异性相结合,形成具有新功能的有机、无机混合材料。另外,颗粒表面接枝聚合物后,无机纳米粒子在有机溶剂和聚合物中的分散性显著上升。一般在有机溶剂及聚合物中聚合填充可以多量且均匀地进行,加工操作容易,而且在颗粒表面功能设计方面具有无穷变化的可能性。
 
3、纳米粉体无机物表面改性
用无机物作改性剂,无机物与纳米粒子表面不发生化学反应,改性剂与纳米粒子间依靠物理方法或范德华力结合。一般利用无机化合物在纳米粒子表面进行沉淀反应,形成表面包覆,再经过一系列处理,使包覆物固定在颗粒表面,降低了纳米粒子的活性,提高了其分散性。
如采用氢氧化铁胶体包覆纳米二氧化钛,由于外层膜的作用阻止了电子空穴对同水、氧气的结合,从而使纳米二氧化钛的光化学性降低,提高了产品的耐候性。