纳米SiO2的制备改性及在丙烯酸酯聚合物中的应用-修改1
海南大学材料与化工学院
题目：纳米SiO2的制备改性及在丙烯酸酯聚合物中的应用
姓名：王芳志
学号：20080402B066
专业：高分子材料与工程
班级：08高分子材料与工程（2）
指导教师：赵富春
时间：2011 年10月
纳米SiO2的制备改性及在丙烯酸酯聚合物
中的应用
王芳志20080402B066
摘要
纳米SiO2是重要的无机固体材料，对于诸多行业产品的提档升级具有重要意义。本文介绍了纳米SiO2的一般制备方法，对各种制法的优缺点进行了评述；阐明了改性机理，列举了常见的改性方法；对纳米二氧化硅在丙烯酸酯聚合物中的应用作了简要的概括，并叙述了其在应用中所表现出来的优异性，奇异的特性。
关键词：纳米二氧化硅，制备方法，改性，应用
引言
是无定型白色粉末，是一种无毒，无味，无污染的非金属材纳米SiO
2
料，其分子状态呈三维链状结构（或称三维网状结构、三维硅石结构等），是一种絮状和网状的准颗粒结构，为球形，这种结果使它具有独特的性质。
纳米Si0
是目前应用最广泛的纳米材料之一，由于其具有高强度、高
2
可刚性、能吸收紫外线等特点，业已成为材料科学研究的热点。纳米Si0
2
应用于催化、污染治理、生物医学领域、电池、电极、新能源、环境友好材料、高分子复合材料、重金属检测、微反应器、聚合物成型加工等领域。纳米二氧化硅在制备上有干法和湿法等；在改性方面有溶胶-凝胶法、气相法、原位接枝、高聚物改性、硅烷偶联剂等对其的表面改性等。它作为一种新型的高性能纳米材料，具有十分重要的应用意义，在一些聚合物中的
应用，表现出优良的性能。特别是近年来，纳米二氧化硅在丙烯酸酯聚合
物中的应用研究引起了业界的广泛关注。
1 纳米二氧化硅的制备
工业用SiO
2
称作白炭黑，是一种超微细粉体，质轻，原始粒径0.3um 以下，相对密度为2.319-2.653，熔点>1750°C。其性能特点如下，吸潮后形成聚合细颗粒纳米二氧化硅具有抗紫外线老化和热老化的性能，同时其小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可深入到高分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，改善高分子材料的热，光稳定性和化学稳定性，从而提高产品的抗老化性和耐化学性；在高温下具有强度，韧度和稳定性高的特点，分散在材料中与高分子链结合形成网状结构，从而提高材料的强度，韧度等基本性能。
纳米二氧化硅的三维硅石结构，大表面积，不饱和的配位数，使其对色素离子具有极强的吸附作用，可降低因紫外线照射而造成的色素衰减。
在生产纳米SiO
2
的方法中，可分位干法和湿法两种,其中干法包括气相法和
电弧法，湿法分沉淀法和凝胶法。不同形态的SiO
2
有不同的制备方法，如
有单分散SiO
2、SiO
2
微球、油溶性球等的制备。以下简要介绍的一些制备
方法。
1.1气相法
气相法多以四氯化硅为原料，采用四氯化硅气体在氢氧气流高温下水解制得烟雾状的二氧化硅( 该法优点是产品纯度高、分散度高、粒子细而形成球形，表面羟基少，因而具有优异的补强性能)。但原料昂贵，能耗高，技术复杂，设备要求高，这些限制了产品应用广度。其主要反应方程式如下所示：
H 2+O
2
→2H
2
O
SiCl
4+2H
2
O→SiO
2
+4HCl
2H
2+O
2
+SiCl
4
→SiO
2
+4HCl
1.2 沉淀法
沉淀法在原料的选择、制备的工艺与设备的要求上，与气相法相比较，都具有明显的优势。沉淀法是硅酸盐通过酸化获得疏松、细分散的、以絮状结构沉淀出来的SiO2晶体，其所选用的原料易得，生产流程简单，能耗低，设备投资少。沉淀法所生产的产品质量不如采用气相法和凝胶法的产品好，但该法为目前主要的生产方法。
NaSiO
3+HCl → H
2
SiO
3
+NaCl
H 2SiO
3
+SiO
2
+H
2
O
吴力立[1]采用此法通过原位生成改性技术制备出在高分子材料中容易
分散纳米SiO
2
。他是以硅酸钠为原材料，在硅烷偶联改性剂的作用下，得到颗粒粒径在10--15nm和粒径分布窄(10nm占12．5％；15nm占87．5％)
纳米Si0
2
分散液。纳米颗粒在介质中分散度高、稳定性好。并且发现纳米
Si0
2
的产率、粒径及分布与反应工艺条件密切相关。
1.3 凝胶法
凝胶法是加入酸使碱度降低从而诱发硅酸根的聚合反应，使体系中以胶态粒子形式存在的高聚态硅酸根离子粒径不断增大，形成具有乳光特征的硅溶胶，成溶胶后，随着体系PH值的进一步降低，吸附OH-带负电荷的
SiO
2胶粒的电动电位也相应降低，胶粒稳定性减小，SiO
2
胶粒便通过表面吸
附的水合Na＋的桥联作用而凝聚形成硅凝胶，去水即得纳米粉。该法原料与沉淀法相同，只是不直接生成沉淀，而是形成凝胶，然后干燥脱水，产品特性类似于干法产品，价格又比干法产品便宜，但工艺较沉淀法复杂，成本亦高，故而凝胶法应用较少。
王鹏程[2]等用无水乙醇、甲苯、氨水(质量分数为25％)，以上均为分析纯；正硅酸乙酯(TEOS)、聚乙二醇、癸二酸、氢氧化钠，以上均为化学
纯；w(H
2SO
4
)=75％(自制)等为原材料，采用凝胶法制得单分散纳米SiO
2
。
其操作方法如下，取正硅酸乙酯与一定量的乙醇溶液混合后并置于60℃的
恒温水浴中，在连续搅拌条件下将氨水滴入混合液中，使之均匀混合并反应，待反应完毕后，将产物SiO
2
醇洗，然后用阳离子表面活性剂进行处理，
再经80℃干燥，即得到所需要的SiO
2
纳米微粒。以正硅酸乙酯和氨水为原
料通过合理控制反应条件所制备的单分散球形SiO
2
粒径60nm左右的球形微粒，其表面含有大量羟基，具有无定形晶体结构。结果研究表明，用聚乙二醇和癸二酸缩聚得到的两亲性聚酯对自制的二氧化硅颗粒进行表面吸附改性，并用FT—IR、TG、TEM对改性前后的纳米二氧化硅的结构、分散性进行了表征。所得改性后的纳米二氧化硅在甲苯中具有良好的分散性。
解小玲，郭睿劼[3]等采用溶胶-凝胶技术，利用正硅酸乙酯的水解和缩
合反应，在制备纳米SiO
2粉体的过程中，通过使用NH
4
Cl作为阳离子表面
活性剂，优化了工艺，获得最佳产品，大大地缩短了制备时间，且产品粒
径分布窄。
此外，潜伏酸法制备纳米SiO
2
，也属于凝胶制法。纳米二氧化硅的制备方法中沉淀法是以硅酸钠和酸化剂为原料，原料廉价易得，便于生产与应用。但是，最终的产品粒径常常受酸化剂的选择、硅酸盐的浓度以及搅拌条件等方面的影响。酯在硅酸钠溶液中水解，可均匀地释放出H+，能够比直接加酸提供更好的反应条件。因此用乙酸乙酯作为酸潜伏剂，以硅酸钠为原料制备了纳米二氧化硅以进行高性能化、多功能化研究具有重要的理论和实际意义。
1.4 超重力反应法
超重力技术，即旋转填充床(RPB)技术，是近年来兴起的强化传递与反应的高新技术。利用旋转填料床中产生的强大离心力形成超重力环境，使气液的流速及填料的比表面积大大提高而不液泛。液体在高分散、高湍动、强混合以及界面急速更新的情况下与气体以极大的相对速度在弯曲孔道中逆向接触，极大地强化了传质过程。传质单元高度降低了l-2个数量级，并且显示出许多传统设备所完全不具备的优点。超重力反应法制备纳米二氧化硅以硅酸钠为液相，二氧化碳为气相，采用超重力反应装置，使气、液两相在比地球重力场大数百倍至千倍的超重力场条件下的复孔介质中产生流动接触，巨大的剪切力使液体撕裂成极薄的膜和极小的丝和滴，使微观混合速率得到极大强化，使溶液过饱和且分布均匀，而快速、高质量地
生产出纳米Si0
2
。
贾宏，郭错，陈建峰[4]等以二氧化碳和水玻璃为原料，采用超重力技术
制备纳米二氧化硅的试验是一种新的尝试。用该方法制备的二氧化硅粒子大小均匀，平均粒径小于30nm。在超重力环境中，传质过程和微观混合过程得到了极大的强化，大大缩短了反应时间。
1.5 微乳液反应法
微乳液反应法是液相制备法中的较为新颖的一种手段。与其他化学制备方法相比,以微乳液作为“纳米反应器”可以获得粒径小，分布窄的纳米微粒且可原位实现对纳米粒子的表面改性。利用微乳反应法制备纳米Si0
2颗粒，反应物大多是硅酸酯如正硅酸乙酯，当硅酸酯透过胶团界面膜进入水核中时，会发生水解生成金属氧化物或复合氧化物。也有研究者将碱金属硅酸盐的反胶束微乳液加入到无机酸中，制各出的纳米二氧化硅。微乳液反应法所用表面活性剂种类很多，其中非离子型表面活性剂使用较多。
王丽丽，贾光伟，许湧深[5]等在壬基酚聚氧乙烯醚（NP-5）/环己烷/氨水的反相微乳液体系中，进行正硅酸乙酯(TEOS)的水解，缩合反应，得
胶体。得到这样的结果，氨水微乳液到粒径在30-50nm的单分散纳米SiO
2
是碱催化TEOS水解,缩合制备纳米SiO
粒子的适宜体系。当体系中的TEOS
2
的粒径减小，粒浓度增大时，粒子的粒径随之增大。降低NP-5的浓度SiO
2
粒子表面形貌的作用度分布变窄。水相中氨水的浓度起到了控制纳米SiO
2
且在较高氨水浓度时粒子的粒径较大，粒径分布较窄。
1.6 模板法
模板法是制备纳米二氧化硅中空微球的重要方法，主要以表面活性剂
粒子以生为模板，在其上交替吸附相反电荷的聚电解质和不同粒径的SiO
2
成纳米二氧化硅微球，再将将所得产物在高温下煅烧，得到具有多孔结构中空微球。
的纳米SiO
2
武晓峰，陈运法，田亚峻[6]等用吸附在聚苯乙烯胶体颗粒表面的离子型
表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)，诱导原位生成的中空纳米Si0
2
复合颗粒。然后550℃下颗粒在胶体颗粒表面进行自组装，形成PS／SiO
2
焙烧除去PS和CTAB，得到“笼状”中空SiO
2
微球。这种中空微球的球壁存在两种类型的孔结构，为不同尺寸分子提供了通道，避免了堵塞。
1.7 超声机械法
超声技术作为一种物理手段和工具能够在化学反应常用的介质中产生一系列接近于极端的条件，如瞬间的高温，高压等。这些能量在材料化学中起到了光，电，热方法所无法达到的作用，近年来将超声应用于纳米粉体材料的制备方面国内外都有相关报道，然而功率超声的空化作用和机械的搅拌粉碎相融合的技术将更容易实现窄分布纳米粉体颗粒所要求的介观均匀混合，消除局部浓度不均，同时对团聚体还可以起到剪切作用。
任振，郑少华[7]等研究了功率超声和搅拌粉碎融合技术制备纳米SiO
2颗粒的工艺。在传统机械搅拌粉碎下所得颗粒粗大，形貌不均匀，多团聚，分散性差；在超声场和机械搅拌粉碎融合技术的作用下，颗粒形貌均匀，无团聚分散性好。
1.8 其他制备方法
(1) 温石棉尾矿活化产物制备纳米Si0
2
姜延鹏，彭同江，孙红娟[8]等为了减少温石棉尾矿的大量丢弃而造成环境污染与资源浪费。以青海芒崖温石棉尾矿的活化产物为原料，采用碳化法制备纳米二氧化硅，制备出了粒度为50nm左右的球状无定形纳米
SiO
2 。且SiO
2
浓度达99%，同时，纳米SiO
2
的转化率达77％以上。纤蛇纹
石石棉尾矿又称温石棉尾矿，是温石棉矿在选矿及加工过程中产生的尾渣。除了含有少量的短纤维温石棉外，主要由蛇纹石组成，温石棉化学成分主要为氧化镁、二氧化硅等。温石棉尾矿中纤蛇纹石石棉经过煅烧活化后，
其结构遭到破坏，由有序变为无序生成非晶态SiO
2和MgO，降低了SiO
2
和
MgO浸出难度。活化产物经过硫酸浸取后得到酸浸渣，其化学成分主要为
SiO
2，然后SiO
2
与NaOH作用形成Na
2
SiO
3
。在一定条件下，向Na
2
SiO
3
溶液
中通入一定量的CO
2后得到白色纳米SiO
2
沉淀。制备纳米SiO
2
过程中化学
反应式如下：
Mg
3Si
2
O
5
(OH)
4
→ 3MgO+2SiO
2
+2H
2
O
MgO+H
2
SO
4
→ MgSO
4
+H
2
O
SiO
2+2NaOH → Na
2
SiO
3
+H
2
O
Na
2SiO
3
+CO
2
+nH
2
O → Na
2
CO
3
+SiO
2
·nH
2
O↓
（2）预混合氢氧焰燃烧法制备纳米SiO
2
预混合氢氧焰燃烧法属于气相法制备纳米SiO
2
，预混合多坏射流氢氧
焰燃烧反应器相对于传统的辅助燃烧反应器可以提供更为均匀的温度场，
浓度场合停留时间分布，有利于制备高质量的纳米SiO
2
颗粒。用此法可以
制备比表面积100-500㎡/g纳米SiO
2
颗粒，其在吸油值，原生颗粒形貌及粒度分布等技术指标上都明显接近国外高质量产品水平。
除以上方法外还有SiO
2
与高聚物的复合与盐复合、与其它化合物复合等方面的制备方法。
综上所述，制备纳米SiO
2
的方法很多，对于如今的工业发展来说，气
相法所制备的纳米SiO
2
的性能优良，可以应用在特殊的领域中。同时，在今天日益严峻能源问题要求下以及在节能减排呼声越来越高。新能源、新材料的开发与利用势在必行。利用稻壳、煤矿石等为原料生产的纳米二氧化硅产品具有成本低、纯度高等特点，符合国家提倡的绿色精细化工的要求，是今后将大力发展的方向。
随着科技的发展，不断会有新的制备纳米二氧化硅微球的方法被开发出来，而且纳米二氧化硅微球的应用领域也在不断的扩大。目前，纳米二氧化硅微球的制备产业仍处于开发阶段，面临许多问题。在前人研究的基础上寻求更加合理的纳米二氧化硅微球的制备方法，例如将几种制备方法结合起来，利用每种制备方法的优点而去除其缺点，制备出形貌、粒径、分散度更加完美的二氧化硅微球；同时，对纳米二氧化硅微球的形成机理进行深入的探讨，建立起成熟的理论模型，对其各种制备方法做出合理的解释。在纳米二氧化硅研究人员的不懈努力下，一切难题都会被逐步解决。
2 纳米SiO2的改性
由于纳米粒子表面有大量羟基存在，表面结合能高，易发生团聚，故
制备复合材料时，必须对二氧化硅表面进行修饰改性。而且纳米SiO
2
表面
是亲水性的，这导致了在与橡胶等有机物配合时相容性差，难混入，难分
散。纳米SiO
2
的表面改性就是利用一定的化学物质通过一定的工艺方法使
其与SiO
2
表面上的羟基发生反应，消除或减少表面硅醇基的量，使产品由亲水变为疏水，以达到改变表面性质的目的。
纳米Si0
2
的表面改性根据表面改性剂与粒子表面之间有无化学反应分为表面物理改性和表面化学改性。表面物理改性是指粒子表面和改性剂之间除范德华力、氢键作用外，不存在离子键或共价键作用的表面改性方法。纳米粒子表面物理改性有聚合物包覆改性法、单体吸附聚合改性法和粉体-粉体包覆改性法等三种具体实施方法还可以进行热处理改性。同时，可以通过化学的方法对纳米二氧化硅的表面进行改性，主要的方法介绍如下。
2.1 物理改性
2.1.1 聚合物包覆改性法
聚合物包覆改性法是将大分子在溶液中沉积、吸附到二氧化硅粒子表面进行包覆的改性。在粒子悬浮液中加入聚合物溶液，聚合物通过静电作用、范德华力吸附到粒子表面，除掉溶剂后即可形成有机高分子包覆的纳
米SiO
2
粒子。王美英，佘庆彦[9]等采用硅烷偶联剂γ-(甲基丙烯酰氧)丙基
三甲氧基硅烷(MPS)处理纳米SiO
2，并用FT-IR,ξ-电势,TG,TME对纳米SiO
2
的处理效果进行了表征。结果表明，纳米SiO
2
的接枝率随偶联剂MPS加入量
的增加而增加，当PH值为4,MPS/SiO
2
为50%，反应温度为110℃,时间为90min
时，纳米SiO
2表面MPS的接枝包覆率达到35.7%，此时纳米SiO
2
粒子在乳液中
的分散更为均匀。
2.1.2 单体吸附聚合改性法
单体吸附聚合改性法是首先把单体吸附到纳米离子表面，然后引发单体聚合的改性方法。
2.1.3 粉体-粉体包覆改性法
粉体-粉体包覆改性法是依据不同粒子的熔点差异，通过加热使熔点较
低的粒子先软化，如小粒子先软化包覆到大粒子表面，或者大粒子先软化被小粒子嵌入表面的改性方法。该方法在纳米SiO
表面改性领域较少应用。
2
2.1.4热处理改性
热处理后二氧化硅表面吸湿量低，且填充制品吸湿量也显著下降，其原因可能是由于高温加热条件下以氢键缔合的相邻羟基发生脱水而形成稳定键合，从而导致吸水量下降，此种方法简便经济。但是，仅仅通过热处理，不能很好改善填充时界面的粘合效果，所以在实际应用中，常对纳米SiO2 使用含锌化合物处理后在200 ～400 ℃条件下热处理，或使用硅烷和过渡金属离子对纳米SiO
处理后热处理，或用聚二甲基二硅氧烷改性二氧化
2
硅，然后进行热处理。
2.2化学改性
纳米SiO
的表面活性硅醇基可以同有机硅烷、醇等物质发生化学反应，以
2
提高它同聚合物的亲和性及反应活性。根据改性剂的不同，常用的化学反应有以下几种：
2.2.1与醇反应
2.2.2与脂肪酸的反应
2.2.3与有机硅化合物反应
2.2.4表面接枝聚合物
纳米二氧化硅的表面改性方法很多，如利用有机或无机物在粒子表面沉积包覆层的等离子体化学气相沉积及离子束气相沉积。机械球磨法是利用机械应力的作用有目的地对粒子表面进行激活以改变其表面晶体结构和物理化学性质。利用电晕放电，紫外线，等离子体放射线等对粒子表面进行改性的高能量法表面改性。还有进行表面改性的最重要方法化学法，其改性的机理如上所述，而常用的改性剂有硅烷，钛酸酯等偶联剂，硬脂酸，有机硅等电荷转移络合体。
众多改性方法中化学改性是最重要的，而化学改性中偶联剂改性又是最普遍的，现详细介绍几种偶联剂的改性方法如下：
偶联剂改性
研究学者采用偶联剂对纳米二氧化硅进行表面的改性方法，依靠偶联剂分子能与纳米二氧化硅表面活性基团进行化学反应的特性，将偶联剂分子均匀的连接到纳米SiO
2
粒子表面，从而改变纳米二氧化硅表面的性质。常用偶联剂有硅烷偶联剂、钛酸酯类偶联剂和铝酸酯类偶联剂等，其中以硅烷偶联剂用得最多。
偶联剂与纳米SiO
2
颗粒表面的连接主要有两种形式。一种是物理吸附，
当它和有极性的SiO
2分子接触时，吸附在SiO
2
表面，让非极性基展露在外
与其他有机介质亲和，从而使界面张力降低，促使有机介质渗人聚集在一
起的颗粒中，排斥空隙中的空气，使SiO
2
颗粒相互分离，达到分散的效果。另一种方式是化学作用，未改性的纳米二氧化硅表面覆盖有大量的羟基，
属于极性物质，可表示SiO
2
-OH。化学表面改性就是通过一定的工艺利用某种物质与纳米二氧化硅表面的羟基发生反应，消除或减少表面硅羟基的量，使其由亲水性变为疏水性，以提高它同聚合物胶料的亲和性。
（1）硅烷偶联剂A-151改性
欧阳兆辉[10]等采用硅烷偶联剂A-151处理的纳米SiO
2
粒子，具有良好的疏水性，并且反应副产物没有腐蚀性，有利于保护设备和环境。对改性
前后纳米SiO
2的表面进行研究，证明该工艺能够实现纳米SiO
2
的表面改性，
能够有效分散纳米SiO
2
聚集体。红外光谱分析表明，A-155确实已经和纳
米SiO
2
表面的羟基发生了化学反应。
（2）六甲基二硅胺烷改性
唐洪波[11]等以纳米SiO
2
为原料，乙醇为溶剂，六甲基二硅胺烷为改性剂，采用湿法工艺对纳米二氧化硅表面进行了改性研究，结果表明，纳米
SiO
2
经六甲基二硅胺烷改性处理后，表面羟基数明显减少；改性剂用量、
预处理时间、预处理温度、反应温度、反应时间对纳米SiO
2
表面改性均有影响。
（3）硅烷偶联剂KH-550改性
还有研究称，依靠纳米粒子表面的活性基团，将其与单体进行共聚。
通常是先用带有双键的硅烷偶联剂等对纳米SiO
2进行接枝改性，使SiO
2
粒子
的表面带上含有双键的可聚合基团，再将改性纳米SiO
2
粒子与活性单体进行
共聚。赵辉[11]等用偶联剂KH-550和超支化聚胺酯对纳米Si0
2
进行改性，并通
过熔融共混法制得了PVC/ SiO
2
复合材料。利用透射电镜，扫描电镜，力学性能测试等方法研究了复合材料的结构和性能。结果表明，通过超支化聚
胺酯的接枝改性可以明显提高纳米SiO
2
。在PVC基体中的分散均匀性，超支
化聚胺酯接枝改性纳米SiO
2
的加入可有效提高PVC的力学性能，且添加量为1%时，效果最好，同时PVC7的加工性能也有所改善。
郭睿劫[12]等用硅烷偶联剂KH-550对纳米SiO
2
样品表面进行改性，测定了
改性SiO
2
样品的亲油化度，并用羟基紫外线吸收法测试了改性效果，对所得
纳米SiO
2样品的改性效果进行了评价，探讨了纳米级SiO
2
的改性机理。结果
表明，改性剂用量、改性温度、改性时间明显地影响改性效果。通过对改
性工艺条件的合理调控，实现了用硅烷偶联剂KH-550改性纳米SiO
2
样品。找到了合适的改性工艺与条件：改性剂用量4．1％(质量分数)，改性时间120
min，改性温度78℃，在此条件下，改性纳米SiO
2
的亲油化度值为41％，羟
基紫外线吸收率为0.0058，所得改性纳米SiO
2
样品具有较高的疏水性。
2.3其它改性
另外，纳米二氧化硅也可以在制备过程中进行改性。欧阳兆辉[13]等采用气相法改性SiO2并探讨了各因素对表面改性效果的影响。丁新更，杨辉，朱国亮，陈日新[14]等采用溶胶-凝胶方法，以钛酸丁酯为先驱体在纳米Si0
2
／聚丙烯复合材料，测试了复合材料的表面包覆改性，通过共混得到SiO
2
加入量的增加，复合材料的性能先增后降，力学性能，发现随着纳米SiO
2
粒子在塑料中分拉伸强度可以提高50％。从TEM照片可以看出，纳米SiO
2
的加入，诱导了PP中?-PP晶相的生散均匀。XRD和SEM证明，纳米SiO
2
成，同时纳米SiO
粒子在复合材料受到冲击时诱导基体发生剪切屈服形变，
2
从而使复合材料力学性能尤其是冲击和拉伸强度得以改善。
的表面改性根据表面改性剂与粒子表面之间有无化学可见，纳米SiO
2
反应分为表面物理改性和表面化学改性。在如今的生产工艺中，一般采用的是硅烷偶联剂对纳米二氧化硅表面进行改性，所得到的纳米二氧化硅在性能应用中具有的价值意义比较大。纳米粒子表面改性的方法有：酯化法、
，因偶联剂法、表面活性剂法、接枝聚合法、高能法等。改性后的纳米SiO
2
其独特的物理、化学、光学等性能在功能材料、塑料、橡胶、涂料及生物医药等方面得到广泛的应用。
3纳米SiO2的应用
材料是21世纪科研领域的热点，由于其具有小尺寸效应、纳米SiO
2
表面与界面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等导致了纳米微粒具有奇异的物化性能，这些特性使纳米微粒结构表现出奇异的物理、化学特
作为性，具有卓越的光、力、电、热、放射、吸收等特殊功能。纳米SiO
2
这些特殊性质纳米材料的重要成员，具有一些特殊的性质。利用纳米SiO
2
改性现有高分子材料，可以得到具有特殊性能的高分子材料或使高分子材料的性能更加优异，为高分子材料的改性研究提供了新的途径。近年来，研究人员在不断探索纳米二氧化硅优越性的同时，通过结构重整以及物质重组,制备了许多无机-有机型、无机- 无机型的复合材料。从而大大改善
了单纯纳米SiO
的单分散、难分散性和易团聚性等缺点,使其许多性能得2
到进一步的优化和升级。如提高材料的抗紫外线的光学性能；抗老化和耐
化学性能;强度、弹性、韧性、吸附性和缓释性能等。可广泛应用于生物、
医学、膜科学、催化剂、涂料、硅橡胶以及农药等领域。
3.1 纳米SiO2在丙烯酸酯中的应用
通常用来改性高分子聚合物，以改善聚合物的力学性能。但纳米SiO
2
是，SiO
为表面极性的无机材料与聚丙烯等塑料的表面相容性差，在塑料2
通中分散性能差，容易团聚，有时还会降低塑料的性能。因此，纳米SiO
2
常经过改性后与高聚物配合。
（1）丙烯酸酯纳米复合材料的制备
制备聚合物纳米复合材料的关键在于纳米颗粒的分散和纳米聚合物的
复合，通常需要对无机粒子进行表面改性，例如可以用具有聚合活性的硅
烷和钛酸盐来进行表面改性。聚丙烯酸酯二氧化硅复合材料可以通过丙烯
酸酯单体，单分散胶状二氧化硅和偶联剂之间的反应制得。还通过两种不
同的溶胶-凝胶反应途径合成得到了共价键结合的聚甲基丙烯酸酯二氧化
硅复合材料，在纳米粉体表面工程中，对纳米粉体表面进行修饰是改善材
料表面结构和性能，调整材料使用性的一个重要步骤。聚丙烯酸酯二氧化
硅复合材料制备中二氧化硅粒子表面的修饰十分重要,经过表面修饰可以
在二氧化硅表面接上不饱和双键，从而避免在聚合反应过程中形成纯聚丙
烯酸酯。
（2）聚丙烯酸酯-纳米二氧化硅复合材料的应用
二氧化硅复合材料被广泛研究，以前报道的二氧化硅网状结构来源于
硅氧烷，复合乳液中无机部分的大小分布能否精确控制对于特殊光学应用
很重要的。二氧化硅网状结构制备的一个可行的方法是使用单分散的二氧
化硅胶体。纳米二氧化硅是优良的抗紫外吸收剂，用在有机涂料中，能明
显地提高涂料的抗老化性能。少量的纳米二氧化硅加入到丙烯酸酯树脂紫
外光固化涂料中，可以明显降低紫外光的透光率，使这种涂料具有良好的
紫外线防护功能。从而使纳米二氧化硅丙烯酸酯复合涂料成为未来的防紫
外涂料的发展方向。将硅酸乙酯溶解在含有一定盐酸浓度的极性有机溶剂中，再将这两种溶液按一定比例混合，经过溶胶-凝胶技术合成得到聚丙烯酸酯的二氧化硅纳米复合材料。经过不同方式热处理，粉碎得到微米级粉体，它作为牙齿母料组分安全无毒且与其它组分易混合制造人工牙齿，复合材料的力学性能，热学性能，热力学性能比原来的材料有很大的提高，成为未来的纳米复合生物材料的一个前沿。
庞久寅[15]等采用硅溶胶和丙烯酸酯单体通过细乳液聚合制备聚丙烯酸酯-纳米二氧化硅复合高分子乳液。考察了聚合过程中硅溶胶量对于单体转化串和聚合物粒子粒径的影响，井用GPC、XPS表征所得的复合乳液．实验结果表明，二氧化硅的引入提高了聚合反应速率，增加聚合物的分子量并使分子量分布变窄，在复合乳液粒子中，二氧化硅主要以分散相分布在连续的丙烯酸酯相内部，复合乳液的力学性能明星优于不舍二氧化硅的纯丙烯酸酯聚合物乳液。
丙烯酸酯聚氨酯涂层广泛用于高档轿车的罩光清漆层，近年来市场对其耐刮伤性、耐候性等性能要求不断提高。陈国栋[16]研究了通过以丙烯酸单体、四乙氧基硅烷(TEOS)和硅烷偶联剂(SCA)前驱体，采用溶胶—凝胶法制备出高耐刮伤性的丙烯酸酯聚氨酯／二氧化硅纳米复合(或杂化)涂层。
李东立，许文才，魏华，黄少云[17]等对纳米Si0
2
改性聚丙烯软包装材料进行了研究，结果表明，聚丙烯软包装材料经过纳米改性后其韧性得到较大程度的提高的同时，材料的极性、油墨附着力、剥离强度得到较好的改善，改性后聚丙烯中残留甲苯含量降低，说明聚丙烯经过纳米改性其作为软包装材料的使用性能得到较大的改善。
4 结语
随着大量复合纳米SiO
2材料的出现,研究人员在单纯纳米SiO
2
应用
研究的基础上不断深入,取得了较大的进步,其应用领域越来越宽，并在纳米二氧化硅的改性与制备方法将会取得更大的进展。相信复合纳米SiO
2
将在机械、分离、催化、化学和生物等领域取得巨大的成就,尤其在生物、医药和膜材料等高新技术领域显示出了非常好的前景和优势。但是目前复合
纳米SiO
2
的许多性能尚处于开发和研究阶段,有许多瓶颈问题有待解决应
主要解决下列几个问题：(1)纳米SiO
2的团聚及保存问题；(2)纳米Si0
2
在
高分子基体中的分散问题；(3)纳米岛SiO
2
与不同高分子基体的界面粘接与
稳定性问题，纳米SiO
2
改性的高分子材料将很快地实现工业化生产并在实际生活中得到广泛应用。因此，上述问题应成为这方面的研究重点。
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纳米二氧化硅表面改性及其 补强天然胶乳研究
万方数据
万方数据
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纳米二氧化硅表面改性及其补强天然胶乳研究 作者：邱权芳， 彭政， 罗勇悦， 李永振， Qiu Quanfang， Peng Zheng， Luo Yongyue， Li Yongzhen 作者单位： 刊名： 广东化工 英文刊名：GUANGDONG CHEMICAL INDUSTRY 年，卷(期)：2009，36(11) 被引用次数：0次 相似文献(10条) 1.期刊论文邱权芳.彭政.罗勇悦.李永振.Qiu Quanfang.Peng Zheng.Luo Yongyue.Li Yongzhen"胶乳共混法"制备天然橡胶/二氧化硅纳米复合材料及其性能-广东化工2009,36(4) 采用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)改性纳米二氧化硅(SiO2),然后通过乳液聚合接枝上聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),再将其与甲基丙烯酸甲酯(MMA)改性的天然胶乳,通过胶乳共混法制备天然橡胶/二氧化硅纳米复合材料,结果显示,纳米二氧化硅表面接枝上了PMMA,二氧化硅在橡胶基体中分散良好,粒径在60～100 nm之间,得到的胶膜力学性能有很大的提高. 2.期刊论文魏福庆.李志君.殷茜.邵月君.段宏义.Wei Fuqing.Li Zhijun.Yin Qian.Shao Yuejun.Duan Hongyi纳米SiO2对天然橡胶/聚丙烯共混型热塑性弹性体的改性-合成橡胶工业2006,29(3) 在双辊电热式塑炼机上采用动态硫化法制备了天然橡胶/聚丙烯共混型热塑性弹性体(NR/PP TPV).考察了纳米SiO2的加入顺序及其用量对NR/PP TPV力学性能的影响,研究了纳米SiO2填充改性TPV的耐溶剂性能和耐热变形性能,并用扫描电镜(SEM)观察了其两相结构和断面形貌.结果表明,纳米SiO2先与NR混炼均匀,再加入小料和硫黄所得的NR母炼胶与PP制备的TPV力学性能较好,且最佳的纳米SiO2加入量为3份;纳米SiO2改性的NR/PP TPV具有良好的耐溶剂性能和耐热变形性能;纳米SiO2提高了NR与PP相间结合强度. 3.期刊论文李志君.魏福庆.LI Zhijun.WEI Fuqing接枝和交联对纳米SiO2改性NR/PP共混型热塑弹性体的影响-高分子学报2006(1) 动态硫化制备纳米二氧化硅(SiO2)改性天然橡胶/聚丙烯共混型热塑性弹性体(NR/PP TPE).研究了马来酸酐/苯乙烯/过氧化二异丙苯(MAH/St/DCP)多单体"就地"熔融接枝、交联对TPE力学性能、耐溶剂性能和耐热变形性能的影响,并用SEM分析了TPE的断面形貌.结果表明:纳米SiO2和MAH/St/DCP的最佳质量分数分别为0.03和0.0375/0.0188/0.00375时,MAH/St/DCP接枝、交联改性NR/PP/纳米SiO2 TPE的力学性能、耐溶剂性能和耐热变形性能最佳 .MAH/St/DCP"就地"接枝、交联通过细化交联NR分散相、改善交联NR分散的均匀性和增加两相之间的共交联,使NR与PP两相界面结合强度明显提高,NR/PP TPE的综合性能得到明显的改善. 4.期刊论文郑辉林.李志君.赵红磊.胡树.ZHENG Hui-lin.LI Zhi-jun.ZHAO Hong-lei.HU Shu NR-g-(GMA-co-St)与nano-SiO2协同增强增韧PVC的研究-弹性体2009,19(2) 研究了甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)/苯乙烯(St)多单体熔融接枝天然橡胶(NR)[NR-g-(GMA-co-St)]与nano-SiO2协同增强增韧PVC的力学性能,并通过SEM、TG-DTG表征了改性PVC的相结构及耐热分解性能.结果表明,当NR-g-(GMA-co-St)和nano-SiO2的质量分数分别为5%和3%时,相界面的结合强度明显提高,达到较好的协同增强增韧效果;与未改性PVC相比,增强增韧PVC的缺口冲击强度和断裂拉伸强度分别提高了78.9%和50.5%,并且具有较好的耐热分解性能. 5.期刊论文李志君.魏福庆NR-g-(MAH-co-St)对纳米SiO2改性NR/PP共混型热塑性弹性体的影响-弹性体 2004,14(6) 研究了马来酸酐/苯乙烯(MAH/St)多单体熔融接枝NR[NR-g-(MAH-co-St)]对纳米SiO2改性天然橡胶/聚丙烯动态硫化共混型热塑性弹性体(NR/PP TPV)力学性能的影响;采用SEM分析了TPV的断面形貌.结果表明:纳米SiO2的质量分数为0.03时,NR-g-(MAH-co-St)通过改善纳米SiO2分散的均匀性和细化交联NR分散相,使NR与PP两相的相容性得到明显改善,两相界面结合强度明显提高,NR/PP/纳米SiO2 TPV的力学性能提高. 6.会议论文鹿海华.刘岚.罗远芳.贾德民胶粉中原位生成SiO2及其在天然胶的应用研究2007 通过溶胶-凝胶法在胶粉中原位生成纳米SiO2网络,利用傅立叶变换红外(FTIR)、热重分析(TGA)等技术,证实了溶胶-凝胶反应中在胶粉表面过渡层中原位生成了约3%～5%wt的-O-Si-O-类似SiO2的网络结构；改性胶粉表现出更好的热稳定性,失重5%对应的温度提高了72.4℃.将50份改性胶粉添加到天然橡胶(NR)中,考察了反应前驱体及有机硅氧烷用量等对NR/改性胶粉复合材料性能的影响。研究发现,NR/改性胶粉复合材料仍具有较好的力学性能及动态性能。 7.期刊论文郑辉林.李志君.赵红磊.胡树.ZHENG Hui-lin.LI Zhi-jun.ZHAO Hong-lei.HU Shu原位接枝NR与nano-SiO2协同增韧PVC的研究-塑料2009,38(3) 研究了原位接枝NR与nano-SiO2协同增韧PVC的力学性能和耐溶剂性,通过SEM表征了增韧PVC的相结构.结果表明:当原位接枝NR和nano-SiO2的质量分数分别为5%和3%时,与未增韧PVC相比,相界面的结合强度明显提高,增韧PVC的缺口冲击强度和拉伸强度分别提高了102%和35.11%,并且具有较好的耐溶剂性能,达到较好的协同增韧增强效果. 8.会议论文李志君.魏福庆.符新NR/PP共混型热塑性弹性体的改性技术2004 动态硫化制备NR/PP/纳米SiO2共混型热塑性弹性体(TPV).通过力学性能的测定,确定了TPV的最佳加工工艺条件;研究了纳米SiO2改性和马来酸酐/苯乙烯/过氧化二异丙苯(MAH/St/DCP)多单体熔融接枝、交联改性对TPV力学性能、耐溶剂性能和耐热性能的影响.结果表明:MAH/St/DCP"就地"接枝、交联改性NR/PP/纳米SiO2TPV的力学性能最好,耐溶剂性能和热稳定性最佳.纳米SiO2的最佳质量分数为0.03;MAH/St/DCP的最佳质量分数为3.75/1.875/0.375. 9.期刊论文魏福庆.刘义.王卓妮.殷茜.李志君.林秀娟.Wei Fuqing.Liu Yi.Wang Zhuoni.Yin Qian.Li Zhijun. Lin Xiujuan马来酸酐和苯乙烯接枝改性对天然橡胶/聚丙烯共混物物理机械性能的影响-合成橡胶工业 2007,30(1) 用动态硫化法制备了天然橡胶(NR)/聚丙烯(PP)热塑性弹性体(TPV).研究了马来酸酐/苯乙烯/过氧化二异丙苯(MAH/St/DCP)多单体熔融接枝交联改性及纳米二氧化硅用量对NR/PP TPV物理机械性能的影响,讨论了NR/PP TPV的重复加工性能.结果表明,当MAH/St/DCP用量为3.750/1.875/0.375质量份、纳
纳米技术在高分子材料改性中的应用
纳米技术在高分子材料改性中的应用 （南通大学化学化工学院高分子材料与工程132 朱梦成1308052064 ） [摘要] 纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。 [关键词] 纳米技术；高分子材料；改性；应用 1纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响 1.1纳米粒子的特性 纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。 1.1.1表面与界面效应 纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。 1.1.2小尺寸效应 当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度
二氧化硅的处理方法研究2
二氧化硅处理方法的研究 第一章前言 1、选题的目的、意义 由于二氧化硅内部的聚硅氧和外表面存在的活硅醇基及其吸附水，使其呈亲水性,在有机相中难湿润和分散,与有机基体之间结合力差,易造成界缺陷,使复合材料性能降低［1－3］,而二氧化硅可用于橡胶制品、塑料制品、粘合剂、涂料等领域,要想改善这种缺陷,我们需要通过对二氧化硅进一步处理,使原来亲水疏油的表面变成亲油疏水的表面,这种表面功能的改变在实际应用中有重要价值。据此我们利用一些表面改性方法如沉淀法二氧化硅表面改性、十二醇二氧化硅表面改性、气相法二氧化硅表面改性、两亲性聚合物改性二氧化硅等来使亲水性的二氧化硅通过表面处理改性为疏水的二氧化硅,以提高产品的亲油性、分散性和相容性,并能使二氧化硅在某些乳液中既能长期稳定分散,又能保证它与基料在成膜后能有良好的界面结合。 第二章、二氧化硅处理方法的研究现状 目前我们对二氧化硅处理方法的研究主要分为：纳米级二氧化硅的改性处理和非纳米级的二氧化硅的改性处理。 2．1非纳米级二氧化硅的研究 2．1．1二氧化硅的概念：SiO2又称硅石。在自然界分布很广,如石英、石英砂等。白色或无色,含铁量较高的淡黄色。密度2.2 ～2.66。熔点1670℃（麟石英）；1710℃（方石英）。沸点2230℃,相对介电常数为3.9。不溶于水微溶于酸,呈颗粒状态时能和熔融碱类起作用。用于制玻璃、水玻璃、陶器、搪瓷、耐火材料、硅铁、型砂、单质硅等。 2．1．2非纳米级二氧化硅表面改性 由于在二氧化硅表面存在有羟基,相邻羟基彼此以氢键结合,孤立羟基的氢原子正电性强,易与负电性原子吸附,与含羟基化合物发生脱水缩合反应,与亚硫酰氯或碳酰氯反应,与环氧化台物发生酯化反应。表面羟基的存在使表面具有化学吸附活性,遇水分子时形成氢键吸附。二氧化硅表面是亲水性的,无论气相法或沉淀法都是如此,差异仅是程度不同这导致了在与橡胶配合时相容性差,在配合胶料内对硫化促进剂吸附而迟延硫化。此外,白炭黑比表面积大、粒径小，在与
聚合物表面改性方法
聚合物表面改性方法 摘要：本文综述了聚合物表面改性的多种方法，主要包括有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理法和新兴的原子力显微探针震荡法，并结合具体聚合物材料有重点的详细介绍了改性方法及其改性机理。 关键词：聚合物；表面改性；应用 聚合物在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用，但是由于这些聚合物表面的亲水性和耐磨损性较差，限制了聚合物材料的进一步应用。为了改善这些表面性质，需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下，在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作，赋予材料表面某些全新的性质，如亲水性、抗刮伤性等。 聚合物的表面改性方法很多，本文综述了溶液处理方法、等离子体处理法、表面接枝法、辐照处理方法和新兴的原子力显微探针震荡法。下面将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法。 1溶液处理方法 1.1含氟聚合物 PTFE或Teflon具有优良的耐热性、化学稳定性、电性能以及抗水气的穿透性，所以在化学和电子工业上广泛地应用，但由于难粘结，所以应用上受到局限。为了提高粘结性能，需对表面进行改性，化学改性的方法通常用钠萘四氢呋哺液溶处理它。此处理液的配制是由1mol 的金属钠(23g)一次加到1mol萘(128g)的四氢呋喃(1L工业纯)中去，在装有搅拌及干燥管的三口瓶中反应2h，直至溶液完全变为暗棕色即成[1]。 将氟聚合物在处理液中浸泡几分钟，取出用丙酮洗涤，除去过量的有机物。然后用蒸馏水洗。除去表面上微量的金属。氟聚合物在处理液中浸泡时，要求体系要密封，否则空气中氧和水能与处理液中络合物反应而大大降低处理液的使用寿命。正常情况处理液贮存有效期为2个月。处理后的Teflon与环氧粘结剂粘结，拉剪强度可达1100~2000PSi。处理过的表面为黑色，处理层厚低于4×10-5mm 时，电子衍射实验表明处理过的材料本体结构没有变化，材料的体电阻、面电阻和介电损耗也没有变化，此方法有三个缺点：一、处理件表面发黑，影响有色导线的着色；二、处理件面电阻在高湿条件下略有下降，三、处理过的黑色表面在阳光下长时间照射，粘结性能降低，因此目前都采用低温等离子体技术来处理。 1.2聚烷烯烃 聚乙烯和聚丙烯是这类材料中的大品种，它们表面能低。如聚乙烯表面能只有31×10-7J/cm2。为了提高它们表面活性，有利于粘接，通常需对它们的表面进行改性，其中化学改性方法有用铬酸氧化液处理，此处理液的配方[2]重铬酸钠(或钾)5份，蒸馏水8份，浓硫酸100份，将聚乙烯或聚丙烯室温条件下在处理液中浸泡1~1.5h，66~71℃条件下浸泡1~5min，80~85℃处理几秒钟，此外还有过硫酸铵的氧化处理液[3]。其配方为硫酸铵60~120g，硫酸银(促进剂)0.6g，蒸馏水1000ml，将聚乙烯室温条件下处理20min，70℃处理5min，当用来处理聚丙烯时，处理温度和时间都需增加一些，70℃lh，90℃10min，其中促进剂硫酸银效果不明显，可以去掉，但此处理液有效期短，通常只有lh。这两种处理方法，效果都不错。 1.3聚醚型聚氨酯 Wrobleski D. A.等[4]对聚醚型聚氨酯Tecoflex以化学浸渍和接枝聚合进行表面改性。且用Wilhelmy平衡技术测定接触角，结果表明，经聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)和PEG化学浸渍修饰表面，以及用VPHEMA对2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸及其钠盐(AMPS和NaAMPS)光引发表面接枝。其表面能增大，表面更加亲水。化学浸溃使前进和后退接触角降低20和30~40
纳米二氧化硅
1前言 1.1纳米二氧化硅的发展现状及前景 纳米材料是指微粒粒径达到纳米级(1～100nm)的超细材料。当粒子的粒径为纳米级时，其本身具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，因而展现出许多特有的性质，应用前景广阔。纳米SiO 是极具工业应用前景的纳米材料，它的应用领域十分广泛，几乎 2 粉体的行业。我国对纳米材料的研究起步比较迟，直到“八五计涉及到所有应用SiO 2 划”将“纳米材料”列人重大基础项目之后，这方面的研究才迅速开展起来，并取得了令人瞩目的成果。1996年底由中国科学院固体物理研究所与舟山普陀升兴公司合作，成 [1]，从而使我国成为继美、英、日、德功开发出纳米材料家庭的重要一员——纳米SiO 2 国之后，国际上第五个能批量生产此产品的国家。纳米SiO 的批量生产为其研究开发提 2 供了坚实的基础。 目前，我国的科技工作者正积极投身于这种新材料的开发与应用，上海氯碱化工与华东理工大学[2]建立了连续化的1000t／a规模中试研究装置，开发了辅助燃烧反应器等核心设备，制备了性能优良的纳米二氧化硅产品，其理化性能和在硅橡胶制品中的应用性能，已经达到和超过国外同类产品指标。专家鉴定认为，纳米二氧化硅氢氧焰燃烧合成技术、燃烧反应器和絮凝器等关键设备及应用技术具有创新性，该成果总体上达到国际先进水平，其中在预混合辅助燃烧新型反应器和流化床脱酸两项核心技术方面达到了国际领先水平，对于突破国际技术封锁具有重大价值。但总地来讲，我国纳米SiO 的生 2 产与应用还落后于发达国家,该领域的研究工作还有待突破。 1.2 纳米二氧化硅的性质[3]~[5] 纳米二氧化硅是纳米材料中的重要一员，为无定型白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的非金属材料。微结构呈絮状和网状的准颗粒结构，为球形。这种特殊结构使它具有独特的性质： 纳米二氧化硅对波长490 nm以内的紫外线反射率高达70%～80%，将其添加在高分子材料中，可以达到抗紫外线老化和热老化的目的。 纳米二氧化硅的小尺寸效应和宏观量子隧道效应使其产生淤渗作用，可深入到高分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生作用，改善高分子材料的热、光稳定性和化学稳定性，从而提高产品的抗老化性和耐化学性。 纳米二氧化硅在高温下仍具有强度、韧度和稳定性高的特点，将其分散在材料中，
纳米二氧化硅的表面改性研究
第４期王云芳等：纳米二氧化硅的表面改性研究３８３ＳｉｚｅｏｆＳｉ０２ｇｒａｉｎ（ｎｍ） 图１水溶胶中Ｓｉ０５颗粒的大小分布 Ｆｉｇ．１ ＳｉｚｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆＳｉ０２ｇｒａｉｎｉｎｈｙｄｒｏｓｏｌ可以看出，所制得的二氧化硅水溶胶中，二氧化硅成纳米状态分布，粒径为５０—１２７ｒｉｍ，其电子显微镜照片如图２所示。另外，从二氧化硅水溶胶的红外光谱（图３（ａ））可以看出，２９００ｃｍｄ为ＳｉＯＨ的吸收峰；３４３３ｅｍｄ为吸附的水峰；１２１６ｅｍ’１为Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ的不对称伸缩峰；９５８ｃｍｄ为ＳｉＯＨ的伸缩峰；４７１ｃｍｄ为Ｏ—Ｓｉ?Ｏ的畸变吸收峰，说明纳米二氧化硅表面还有大量羟基，因此它可以和许多有机官能团发生作用。 ２．２表面羟基值的测定【ｌ列 采用离心干燥分离、醇洗，反复５次使溶胶中的二氧化硅分离，１０００Ｃ真空干燥４８ｈ，得到纳米二氧化硅粉体，其红外光谱如图３（ａ）所示。称取该粉体２９放入１００ｍＬ的锥形瓶中，加入０．０５ｍｏｌ／Ｌ的ＮａＯＨ溶液８０ｍＬ，密封搅拌２４ｈ。离心分离二氧化硅颗粒后的溶液体积为Ｃ毫升（一８０ｍＬ），从分离的Ｃ毫升溶液中量取１０ｍＬ，用Ａ毫升０．０５ｍｏＬ／Ｌ的ＨＣｌ溶液滴定至中性，剩余溶液（Ｃ一１０ｍＬ）用同样的方法滴定至中性所用ＨＣｌ溶液为Ｂ毫升，根据下式可计算出单位重量二氧化硅颗粒表面的羟基含量（ｘ）ｕ引。 茗：盟笔华≈７．８ｍｍｏｌ／ｇ 茗２——广２Ｌｇ 上式中，Ａ一中和分离溶液１０ｍＬ所消耗０．０５ｍｏＬ／ＬＨＣｌ溶液的体积数；Ｂ一滴定剩余溶液（约７０ｍＬ）至中性所用０．０５ｍｏｌ／ＬＨＣＩ溶液的体积数；ｗ一纳米二氧化硅粉体的克重数。 ２．３纳米二氧化硅的表面改性及分析 配制２．０ｗｔ％纳米二氧化硅水溶胶１００ｍＬ，并用冰醋酸调节溶液的ｐＨ＝３．５—４．５，随后加入 图２改性前纳米Ｓｉ０２粒子的ＴＥＭ图片 Ｆｉｇ．２ＴＥＭｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｎａｎｏ—ｓｉｌｉｃａ ｐａｒｔｉｃｌｅｓｂｅｆｏｒｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ４００￥００１２００１６００２０００２４００２８００３２００３６００４０００ Ｗａｖｃｎｔｕｎｂｅｒ“ｇｎｒｌ 图３ｓｉ０２（ａ），ｃｒ，ｒＭＳ（ｂ）和 ＧＰＴＭＳ改性Ｓｉ０２（ｃ）的红外光谱 Ｆｉｇ．３ＦＴＩＲｇｐｌ圮－ｑ：ｒａｏｆ（ａ）ｓｉｌｉｃａ，（ｂ）ＣＰａ＇ＭＳ ａｎｄ（ｃ）ＣＰＴＭＳ—ｍｏｄｉｆｉｅｄｓｉｌｉｃａ ２ｍＬ偶联剂ＧＰＴＭＳ（未水解前的红外光谱如图３（ｂ）所示），磁力搅拌，常温反应２．５ｈ后得到纳米二氧化硅改性溶胶（改性后纳米颗粒溶液的透射电子显微镜显微分析如图４所示）经离心干燥后醇洗（重复五次），常温干燥２４ｈ，然后在２００℃真空干燥４８ｈ得到改性纳米ＳｉＯ：粉体，其红外图谱如图３（ｃ），从图谱可以看出：纳米二氧化硅接枝ＧＰＴＭＳ后，二氧化硅的物理吸附水（３４３３ｃｍ。）和表面的硅醇羟基Ｓｉ．ＯＨ（９５８ｅｍ～，３７４４ｅｍｄ）明显减少，还有明显的亚甲基（２９４４ｅｍ４）的吸收峰，但二氧化硅的特征吸收峰（１１００ｃｍ～，７９７—８０５ｅｍ～，４７１ｃｍ４）无明显变化，只是Ｓｉ．Ｏ．Ｓｉ键的伸缩振动吸收峰（１１００—１２１６ｅｍ。１）变宽增强。分析表明，在二氧化硅颗粒表面接枝硅烷偶联剂并未改变二氧化硅的物质组成和结构，只是ＳｉＯ：表面羟基与硅烷偶联剂水解产生的童ＳｉＯＨ基团缩合，硅烷偶
粉体表面改性复习要点(精简版)
第2章 纳米粉体的分散 1.粉体分散的三个阶段（名词解释） 润湿 是将粉体缓慢加入混合体系形成的漩涡，使吸附在粉体表面的空气或其它杂质被液体取代的过程。 ?解团聚 是指通过机械或超声等方法，使较大粒径的聚集体分散为较小颗粒。 ?稳定化 是指保证粉体颗粒在液体中保持长期的均匀分散 2.常用的分散剂种类 （1）表面活性剂 空间位阻效应 （2）小分子量无机电解质或无机聚合物 吸附－－提高颗粒表面电势 （3）聚合物类(应用最多) 空间位阻效应、静电效应 （4）偶联剂类 3.聚电解质（名词解释） 是指在高分子链上带有羧基或磺酸基等可离解基团的水溶性高分子 4.对不同pH 值下PAA 在ZrO 2表面的吸附构型进行分析。 图.不同pH 值下PAA 在ZrO 2 表 面的吸附构型 a.当pH<4时，PAA 几乎不解离，以线团方式存在于固液界面上，吸附层很薄，几乎无位阻作用 δ δδ
b.随pH值增加，链节间静电斥力使其伸展开 c.ZrO2表面电荷减小直至由正变负，PAA的负电荷量增加，其间斥力增加， 使得PAA链更加伸展，可在较远范围提供静电位阻作用 5.用聚电解质分散剂分散纳米粉体时，影响浆料稳定性的各种因素有哪些？ 1、聚电解质的分子量 当聚电解质分子量过小，在粉体表面的吸附较弱，吸附层也较薄，影响位阻作用的发挥。 分子量过大，易发生桥连或空位絮凝，使团聚加重，粘度增加。 2、分散剂用量 适宜的分散剂用量才可以使分散体系稳定。 用量过低，粉体表面产生不同带电区域，相邻颗粒因静电引力发生吸引，导致絮凝。 用量过高，离子强度过高，压缩双电层，减小静电斥力；同时，还易发生桥连或空缺絮凝，稳定性下降。 3、温度 研究表明，为了获得较好的分散效果（以最低粘度为衡量标准），随温度的升高，所需分散剂的用量随之增加 6.结合下图，分析煅烧为什么能够改善纳米Si3N4粉体的分散性？ 煅烧改善纳米Si3N4粉体的可分散性 ?此前提到，球磨可有效降低粉体的粒度。但球磨过程可能造成分散介质与粉体发生化学反应。 ?以乙醇为介质球磨Si3N4粉体时，表面的Si-OH可能与乙醇反应生成酯。 ?酯基的生成对粉体的分散性影响很大： a、酯基是疏水基团 b、屏蔽负电荷，影响分散剂的吸附 ?采取煅烧去除酯基，可改善其分散性 第3章纳米粉体表面改性（功能化） 1.表面改性有哪些重要应用？ 改善纳米粉体的润湿和附着特性。 改善纳米粉体在基体中的分散行为，提高其催化性能。 改善粉体与基体的界面结合能等。 2.纳米粉体的表面改性方法？ 气相沉积法 机械球磨法 高能量法
聚合物材料表面改性技术最新研究进展
聚合物材料表面改性技术的最新研究进展 摘要:经过表面改性后的聚合物材料，其电学性能、力学性能等都会得到较大的提高，因而在生产生活中拥有非常广泛的应用。多种表面改性技术被用来对聚合物的表面性质进行修饰。本文介绍了各种表面改性技术的的研究进展，并比较了各种表面改性技术的改性机理和改性效果,最后对工业化应用中需要克服的问题和研究方向也作了展望。 关键词:聚合物材料；表面改性；改性机理；改性效果；工业化应用 Abstract:After the surface modification of polymer materials, its electrical properties, mechanical properties and so on will have a larger improvement, and therefore has a very extensive application in the production and living.A variety of surface modification techniques are used to modify the surface properties of polymer.This paper introduces the research progress of all kinds of surface modification techniques, and compares the mechanism and the effect of various kinds of surface modification techniques.Finally, the problems in the industrial application which need to be overcome and research direction are also discussed. Keyboards:Polymer Materials; Surface Modification; Modification Mechanism; Modification Effect; Industrial Application 0.引言 聚合物材料具有质量轻便、价格便宜、绝缘性好、易于加工成型等诸多优点，在日常生活及化工领域都有非常广泛的应用, 但是由于聚合物表面的一些性质如亲水性和耐磨损性较差, 限制了这些材料的进一步应用。为了改善聚合物材料的表面性质, 需要对聚合物的表面进行改性。聚合物表面改性是指在不影响材料本体性能的前提下, 在材料表面纳米量级范围内进行一定的操作, 赋予材料表面某些全新的性质, 如亲水性、耐磨性、抗刮伤性等。 1.聚合物表面改性技术概述 聚合物表面改性方法很多, 大体可以分为两类：化学改性法和物理改性法。化学改性方法主要有溶液处理法、等离子体处理法、表面接枝法、离子注入法等。物理改性包括离子束辐照法和准分子激光刻蚀法, 还有近年来发展起来的原子力显微探针震荡法，这种改性方法不发生化学反应。本文将结合具体聚合物材料详细介绍各种改性方法及其改性机理和改性效果。 2.化学改性法 2.1溶液处理方法 2.1.1溶液氧化法 溶液氧化法是一种应用时间较长的处理方法, 由于其简便易行, 可以处理形状复杂的部件, 且条件易于控制, 一直受到广泛关注。溶液氧化法对聚合物表面改性影响较大的因素主要是化学氧化剂的种类及配方、处理时间、处理温度。
纳米二氧化硅修饰-改性文献总结
一、单分散纳米二氧化硅微球的制备及羧基化改性赵存挺,冯新星,吴芳,陈建勇2009年第 11期(40)卷 采用改进工艺条件的St ber法制备纳米SiO2微球 用KH-550硅烷偶联剂和丁二酸酐对纳米二氧化硅表面羧基化改性。结果表明,纳米二氧化硅表面成功接枝了羧基官能团。 2.1主要试剂 正硅酸乙酯(TEOS,AR);无水乙醇(AR);氨水,含量为25%~28%;去离子水;硅烷偶联剂KH-550, 纯度≥95%;丁二酸酐(AR)。 2.2二氧化硅微球的制备 将一定量无水乙醇、去离子水和氨水混合磁力搅拌约20min成均匀溶液。将4ml正硅酸乙酯分散在20ml无水乙醇中,磁力搅拌约30min混合成均匀溶液。然后将上面两种溶液混合在100ml单口烧瓶中,在一定温度下恒温磁力搅拌5h即生成二氧化硅微球溶胶。小球经多次醇洗离心分离后,即得SiO2小球样品。 2.3二氧化硅微球表面羧基化改性 将等摩尔的KH-550和丁二酸酐均匀分散在一定量的DMF中,一定温度下磁力搅拌3h后,往该
体系中加入经过超声分散的约20ml二氧化硅的DMF悬浊液,同时加入2ml去离子水。 在相同温度下继续磁力搅拌5h后,用超高速离心机分离出纳米二氧化硅,多次醇洗离心分离后,即得到羧基化改性后的纳米二氧化硅。改性的纳米SiO2标为样品S1,未改性的标为S0。 SiO2表面羧基的引入不仅提高了纳米粒子与基体的界面相容性,更重要的是羧基宽广的反应范围和易于离子化的特性赋予了纳米粒子很高的反应活性,使之可以广泛地应用于纳米粒子自组装[5]、高分子材料改性剂、水处理剂、催化剂和蛋白质载体、微胶囊包埋等领域[6] 二、二氯二甲基硅烷改性纳米二氧化硅工艺研究唐洪波李萌马冰洁精细石油化工 第24卷第6期2007年11月 以纳米二氧化硅为原料，乙醇为溶剂，二甲基二氯硅烷为改性剂，水为改性助剂，较佳工艺条件为:二甲基二氯硅烷用量15%，预处理温度120℃，预处理时间50min，回流温度130℃，回流时间50min，水用量4%。 称取纳米二氧化硅29置于三口瓶中，搅拌，加热至一定温度，并恒温。另称取一定量乙醇置于三口瓶中，配制成纳米二氧化硅质量分数为4.8%的乳液，继续搅拌分散10min后，一次性加人全部改性剂二甲基二氯硅烷，同时缓慢滴加一定量的改性助剂，当改性助剂加完后，升温至回流温度。反应结束后，将悬浮液用乙醇离心洗涤3一4次，经干燥至恒重即得产物。 3、氟烷基改性的二氧化硅纳米球的制备与应用研究郭庆中,周书祥,伍双全,喻湘华有机硅 材料, 2009, 23(4): 238~241 以浓氨水为催化剂、正硅酸乙酯(TEOS)为原料,通过种子生长法制得二氧化硅纳米球;进一步以十三氟辛基三乙氧基硅烷(F-8261)对二氧化硅纳米球的表面进行改性,得到氟烷基改性二氧化硅纳米球。利用IR、UV、TEM等手段对氟烷基改性纳米球进行了表征。有机基多为甲基或长碳链烷基,究其本质是亲油性的 1·5 mL TEOS、1·7 mL浓氨水(25% ~28% )、1mL去离子水和50 mL乙醇加入到250 mL的圆底烧瓶中,在40℃下缓慢搅拌3 h;然后再加入1mLTEOS,继续搅拌水解3 h;离心,水洗至pH=7,
聚合物改性总结
零、绪论 聚合物改性的定义：通过物理和机械方法在高分子聚合物中加入无机或有机物质，或将不同类高分子聚合物共混，或用化学方法实现高聚物的共聚、接枝、嵌段、交联，或将上述方法联用，以达到使材料的成本下降，成型加工性能或最终使用性能得到改善，或使材料仅在表面以及电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果，统称为聚合物改性。 聚合物改性的目的： 所谓的聚合物改性，突出在一个改字。改就是要扬长补短，要发扬和保留聚合物原有的优势，抑制和克服聚合物原有的缺点，并根据实际需要赋予聚合物新的性能。 聚合物改性的三个主要目的： ①克服聚合物原有的缺点，赋予聚合物某些高新的性能与功能 ②改善聚合物的加工工艺性能 ③降低材料的生产成本 总之，聚合物改性就是要在聚合物的使用性能、加工性能与生产成本三者之间寻求一个最佳的平衡点。 聚合物改性的意义： 1.新品种的开发越来越困难（已开发的品种数以万计，工业化的三百余种。资源限制、开发费用、环境污染） 2.使用性能的多样化、复杂化，要求材料有多种性能及功能，单一聚合物难以实现。 3.聚合物改性科学应运而生——获取新性能聚合物的简洁而有效的方法。 聚合物改性的主要方法： 共混改性；填充改性；纤维增强复合材料；化学改性；表面改性 聚合物改性发展概况 几个重要的里程碑事件： 1942年，采用机械熔融共混法将NBR掺和于PVC之中，制成了分散均匀的共混物。这是第一个实现了工业化生产的聚合物共混物。 1948年，HIPS 1948年，机械共混法ABS问世，聚合物共混工艺获得重大进展。 二者可称为高分子合金系统研究开发的起点。 1942年，制成了苯乙烯和丁二烯的互穿聚合物网络（IPN），商品名为“Styralloy”,首先使用了聚合物合金这一名称。1960年，建立了IPN的概念，开始了一类新型聚合物共混物的发展。IPN已成为共混与复合领域一个独立的重要分支。 1965年，Kato研究成功OsO4电镜染色技术，使得可用透射电镜直接观察到共混物的形态，这一实验技术大大促进了聚合物改性科学理论和实践的发展，堪称聚合物发展史上重要的里程碑。1965年，热塑弹性体SBS、SIS问世，并用相畴（domain）理论加以解释。制得了在室温下具有橡胶的高弹性，塑料加工温度下可进行加工的新型材料，聚合物改性理论也获得重要进展。 一、共混 1．共混改性：①化学共混、物理共混、物理化学共混 物理共混（blend）就是通常意义上的“混合”，简单的机械共混； 物理/化学共混（就是通常所称的反应共混）是在物理共混的过程中兼有化学反应，可附属于物理共混； 化学共混则包括了接枝、嵌段共聚及聚合物互穿网络（IPN）等，已超出通常意义上的“混合”的范畴，而应列入聚合物化学改性的领域了。 ②根据物料形态分类：熔融共混、溶液共混、乳液共混 熔融共混是将聚合物组分加热到熔融状态后进行共混。优点：①原料准备操作简单。②熔融时，扩散对流作用激化，强剪切分散作用，相畴较小。③强剪切及热的作用下，产生一定数量的接枝或嵌段共聚物，促进体系相容性。 溶液共混是将聚合物组分溶于溶剂后，进行共混。 乳液共混是将两种或两种以上的聚合物乳液进行共混的方法。
纳米二氧化硅表面改性条件优化
纳米二氧化硅表面改性条件优化 【摘要】引入微波有机合成技术对纳米SiO2进行表面改性，考察了偶联剂、微波功率和辐照时间、浓硫酸用量等对纳米SiO2表面处理的影响，并通过红外光谱和热失重测试考察了粉体表面化学结构及改性情况。实验得出的纳米SiO2表面处理的最佳工艺条件为：偶联剂的用量为6%（质量百分含量），微波功率为320W，硫酸用量为1.25%（质量百分含量），微波辐射反应时间为15min。 【关键词】纳米二氧化硅；表面处理；微波 对于用熔融共混法制备的纳米复合材料而言，无机粒子能在聚合物中作纳米级的原生粒子分散是决定材料性能改善的最重要因素之一。粒子在塑料中分散粒径大小及分散均匀性对填充改性塑料的性能及其均匀性影响很大。因此解决自身团聚很强的纳米粒子在材料中的分散性问题，成为制备性能优良复合材料的关键点，也是难点之所在。 纳米SiO2为无定形白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其呈现出絮状和网状的准颗粒结构。由于纳米SiO2表面能大，易于团聚，通常以二次聚集体的形式存在，限制了其超细效应的充分发挥，在有机相中难以浸润和分散。 目前，对纳米SiO2的改性方法有多种，通常采用的是硅烷偶联剂法。硅烷偶联剂由于具有双反应功能团[1]，能使填料与聚合物的结合界面以化学键相连，从而提高填料的补强性能[2～4]。 微波是一种波长从1mm到1m左右的超高频电磁波，具有物理、化学、生物学效应。在电磁场中，体系介质产生极化取向，相邻分子间由于分子热运动产生强烈的相互作用，极性分子产生“变极”效应，由此产生了类似摩擦作用，使极性分子瞬间获得能量，以热量形式表现出来，介质整体温度同时随之升高。微波还存在一种不是由温度引起的非热效应，微波作用下的有机反应，改变了反应动力学，降低了反应活化能。以上特性使得微波加热有机反应具有传统加热法所无法具备的优点，反应速度快，效率高。 本文作者采用微波法对纳米SiO2进行表面改性，考察了偶联剂用量、微波功率、硫酸用量对改性效果的影响，探讨了最佳表面改性条件，并对改性后的纳米SiO2进行了表征。 1 实验部分 1.1 主要试剂与仪器 纳米二氧化硅：粒径<100nm，购自海川化工有限公司，硅烷偶联剂SCA-1603：分析纯，哈尔滨化工研究所实验厂产品；浓硫酸：分析纯，购自莱
聚合物改性混凝土研究进展
聚合物改性混凝土研究进展 摘要：介绍了聚合物改性混凝土的种类、改性机理和研究现状，并对其应用前景作了展望。和普通混凝土相比，聚合物改性混凝土有良好的性能：高的抗折、抗拉强度、好的柔韧性，高的密实度和抗渗性等，当前聚合物改性混凝土主要有 3 种, 即: 聚合物浸渍混凝土, 聚合物混凝土, 聚合物改性混凝土。聚合物改性混凝土学科的发展前景广阔。 关键词：聚合物改性混凝土；种类；改性机理；研究现状；前景 0 引言 聚合物改性混凝土是指一类聚合物与混凝土复合的材料，是用有机高分子材料来代替或改善水泥胶凝材料所得到的高强、高质混凝土。聚合物改性混凝土的发展已有多年历史，并得到了越来越广泛的应用。目前，聚合物改性混凝土的性能已经得到广泛认可。普通混凝土虽然抗压强度高，但也存在着较多缺点，比如抗拉和抗折强度较低，干燥收缩大，脆性大。在水泥混凝土中加入少量有机高分子聚合物，可以使混凝土获得高密实度，改变混凝土的脆性，拓宽了混凝土的使用领域，能带来较大的社会效益及经济效益[1]。 1 聚合物改性混凝土的分类 聚合物改性混凝土按照制备方式，可分为聚合物浸渍水泥混凝土（PIC），聚合物胶结混凝土（PC）和聚合物水泥混凝土（PCC）三种。 1.1 聚合物浸渍混凝土 聚合物浸渍混凝土（PIC）是将已经水化的混凝土用聚合物单体浸渍, 随后单体在混凝土内部进行聚合生成的复合材料。聚合物浸渍混凝土有良好的力学性能、耐久性及侵蚀能力。用于浸渍混凝土的聚合物单体主要有丙烯酸或甲基丙烯酸酯、苯乙烯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、丙烯腈等。这种混凝土适用于要求高强度、高耐久性的特殊构件，特别适用于输运液体的有筋管、无筋管、坑道等。聚合物浸渍混凝土因其实际操作和催化复杂，目前多用于重要工程。国外已用于耐高压的容器，如原子反应堆、液化天然气贮罐等。 1.2 聚合物胶结混凝土 聚合物胶结混凝土（PC）是以聚合物为唯一胶结材料的混凝土，又称之为树脂混凝土。大部分情况下是把聚合物单体与骨料拌和，把骨料结合在一起，形成整体。聚合物混凝土所用的聚合物主要有环氧树脂、甲基丙烯酸酯树脂、不饱和聚酯树脂、呋喃树脂、沥青等，混凝土的胶结完全靠聚合物，聚合物的用量约占混凝土重量的8%左右，这种混凝土具有高强、耐腐蚀等优点，但目前成本较高，工艺复杂, 经济适用性和工程实用性均很差[2]，只能用于特殊工程（如耐腐蚀工程）。 1.3 聚合物水泥混凝土 聚合物水泥混凝土（PCC）是将水泥和骨料混合后，与分散在水中或者可以在水中分散的有机聚合物材料结合所生成的复合材料。制备的方式主要有两种：一是先将聚合物用水分散后，以乳液或聚合物水溶液的形式加入，聚合物胶乳在混凝土水化过程中影响混凝土水化过程及混凝土的结构，从而对水泥砂浆或混凝土的性能起到改善作用。另一种是先将聚合物与水泥或其他分散介质进行预分散，以干拌砂浆的形式使用。混合料与水拌和时，聚合物遇水变为乳液，在混凝土凝结硬化过程中，乳液脱水，形成聚合物固体结构[3]。此外，聚合物还可以纤维或者纤维增强塑料的形式，或者起外加剂的作用在混凝土中获得了应用。聚合物水泥混凝土由于操作简单，改性效果明显，成本较低（相当其他两种聚合物混凝土成本的1/10），因而在实际应用中得到了广泛的应用。 2 聚合物对水泥混凝土的改性机理 国内外用于水泥混凝土改性的聚合物品种繁多，但基本上是三种类型：即乳液（乳胶、分散体）、液体树脂和水溶性聚合物。其中乳胶是使用最广的，主要分为三类： 1)橡胶乳液类。主要有天然乳胶(NR)、丁苯乳胶(SBR)和氯丁乳胶(CR) 甲基丙烯酸甲脂
纳米二氧化硅
纳米二氧化硅 简介： 为相关工业领域的发展提供了新材料基础和技术保证。由于它在磁性、催化性、光吸收、热阻和熔点等方面与常规材料相比显示出特异功能，因而得到人们的极大重视。一、XZ-G01二氧化硅产品的主要技术指标，含量：99.99 % 水分≤0.01 二、XZ-G01二氧化硅用途1、涂料及饱和树脂的增稠剂和触变剂；2、平光剂：家具漆有向亚光方向发展的趋势，列沦清漆或色漆均可使用超细二氧化硅凝胶产品作为平光剂，另外卷材涂层、PVC、塑料壁纸、雨衣帐篷等平光剂亦可使用此类产品。3、聚乙烯、聚苯烯、无毒聚氯乙稀薄膜抗阻塞剂/开口剂。三．XZ-G01二氧化硅在高分子工业中的应用它广泛地应用于橡胶、塑料、电子、涂料、陶（搪）瓷、石膏、蓄电池、颜料、胶粘剂、化妆品、玻璃钢、化纤、有机玻璃、环保等诸多领域。 应用范围 由于纳米二氧化硅SP30具有小尺寸效应，表面界面效应、量子尺寸效应和宏观量子遂道效应和特殊光、电特性、高磁阻现象、非线性电阻现象以及在高温下仍具的高强、高韧、稳定性好等奇异性，纳米二氧化硅可广泛应用各个领域，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。纳米二氧化硅是应用较早的纳米材料之一，关于纳米SiO2在橡胶改性、工程塑料、陶瓷、生物医学、光学、建材、树脂基复合材料改性中的应用已有过许多报道，这里重点介绍纳米氧化硅SP30）在其他领域的应用进展。 4.1在涂料领域 纳米二氧化硅具有三维网状结构，拥有庞大的比表面积，表现出极大的活性，能在涂料干燥时形成网状结构，同时增加了涂料的强度和光洁度，而且提高了颜料的悬浮性，能保持涂料的颜色长期不退色。在建筑内外墙涂料中，若添加纳米氧化硅，可明显改善涂料的开罐效果，涂料不分层，具有触变性、防流挂、施式性能良好，尤其是抗沾污染性能大大提高，具有优良的自清洁能力和附着力。纳米SiO2还可与有机颜料配用，可获得光致变色涂料，M．P ．J ．Peeters 等用溶胶凝胶法合成了含纳米二氧化硅SP30的全透明的耐温涂料 H．Schmidt 等合成了很厚的含纳米SiO2的涂料，并耐高温，在500℃下没有出现裂缝，Fayna Mamme ri等合成了P MMA- SiO2纳米涂料。明显增强了涂料的弹性和强度。
纳米材料改性水性聚氨酯的研究进展
纳米材料改性水性聚氨酯的研究进展 综述了纳米材料改性水性聚氨酯几种常用方法的特点和研究进展，指出了纳米材料改性水性聚氨酯存在的问题。 标签：水性聚氨酯（WPU）；纳米材料；方法；改性 1 前言 近年来，随着人们环保意识的增强，水性聚氨酯（WPU）受到越来越多学者的关注。WPU是以水为分散介质的二元胶态体系，具有不污染环境、VOC（有机挥发物）排放量低、机械性能优良和易改性等优点，使其在胶粘剂、涂料、皮革涂饰、造纸和油墨等行业中得到广泛应用[1～4]。但在制备WPU过程中由于引入亲水基团（如-OH、-COOH等），因此存在固含量低，耐水性、耐热性和耐老化性差等缺陷，从而限制了其应用范围。 纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特殊性质，为各种材料的改性开辟了崭新的途径。通过纳米材料改性的WPU，其成膜性、耐水性和耐磨性等性能均得到显著提高[5]。 2 纳米材料改性WPU的方法 2.1 共混法 共混法即纳米粒子在WPU中直接分散。首先是合成各种形态的纳米粒子，再通过机械混合的方法将纳米粒子加入到WPU中。但在该方法中，由于纳米粒子颗粒比表面积大，极易团聚。为防止纳米粒子团聚，科研工作者对纳米材料进行表面改性来提高其分散性，改善聚合物表面结构以提高其相容性。 李莉[6]等利用接枝改性后的纳米SiO2和TiO2与WPU共混，制备了纳米材料改性水性WPU乳液。研究发现，纳米粒子在乳液中分散均匀，无团聚现象；改性后的WPU乳液力学性能比未改性前得到改善和提高；当纳米粒子添加量为0.5%时，WPU乳液的力学性能最佳，吸水性降低了70%，添加的纳米粒子对波长290～400 nm的紫外光有吸收。 李文倩[7]等采用硅烷偶联剂（KH560）对纳米SiO2溶胶进行表面改性，然后将其与WPU共混制备出了WPU/SiO2复合乳液，考查了改性纳米溶胶含量对复合乳液及其涂膜性能的影响。结果表明，当纳米SiO2/KH560物质的量比为6：1时，改性后的纳米SiO2溶胶的粒径最小且分布较均一。KH560的加入使纳米SiO2粒子更均匀地分散在聚氨酯乳液中，且SiO2粒子与聚氨酯乳液之间存在一定键合作用，使涂层的耐热性得到显著增强。当改性SiO2溶胶添加量为5%～10%时，涂膜的硬度、耐磨性、耐划伤性、耐水性等性能明显提高。