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納米二氧化鈦粉體如何進行表面改性?
- 2020-08-05-

對于納米粉體來說,制備只是第一步,最困難的是對不同介質和不同場合的表面改性和處理。

在實際工業應用中,納米材料因其粒徑小、比表面積大、表面能高等特點,嚴重限制了其應用。另外,納米粉體與介質的不相容性會導致納米粉體的空隙和相分離,因此有必要對納米粉體進行表面處理。

納米粉體的團聚

目前,納米粉體的表面改性方法主要有偶聯劑改性、有機改性、無機改性等。

1、納米粉體偶聯劑的改性

偶聯劑改性是偶聯劑與納米粉體表面發生化學偶聯反應。除范德華力、氫鍵或配位鍵相互作用外,二者之間還存在離子鍵和共價鍵。偶聯劑廣泛應用于納米粉體的表面改性。

偶聯劑改性納米粉體的用量應適當。偶聯劑用量過小,不能與納米粉體充分結合,改性不徹底;偶聯劑用量過多,會形成有機改性粉體的物理纏結點,再次產生較大的聚集體,導致顆粒團聚。

從改善納米粉體物理性能的角度來看,偶聯劑可以大大改善納米粉體的分散性,但還遠遠不夠。仍有少量團聚,影響了納米粉體的功能發揮。雖然填料的耐水性和憎水性得到了一定程度的提高,但對填料的耐水性和憎水性的要求也越來越高。因此,如何開發一種新型的偶聯劑對納米粉體進行改性,使其表面具有惰性,具有較高的耐水性、疏水性和分散性,是一個重要的課題。

2、納米粉體的有機改性

無機納米粒子表面存在大量的活性基團,如炭黑和碳纖維表面的酚基、羥基和醌基,二氧化硅、氧化鈦、氧化鋅等無機納米粒子中也含有活性羥基。

將聚合物接枝到無機粒子表面后,可以將無機材料的優良性能(如耐熱性、導電性、強磁性)與聚合物的優良性能相結合,形成具有新功能的有機無機混合材料。另外,將聚合物接枝到粒子表面后,無機納米粒子在有機溶劑和聚合物中的分散性顯著增加。一般來說,在有機溶劑和聚合物中進行聚合和填充可以大批量、均勻進行,加工操作容易,顆粒表面功能設計也有無限變化的可能。

3、無機納米粉體的表面改性

當無機材料作為改性劑時,無機物與納米粒子表面沒有化學反應。改性劑和納米粒子的結合取決于物理方法或范德華力。一般來說,無機化合物是用來沉淀在納米粒子表面形成表面涂層的。經過一系列處理后,涂層被固定在納米粒子表面,降低了納米粒子的活性,改善了納米粒子的分散性。

例如,包覆氫氧化鐵膠體的納米二氧化鈦,由于外層薄膜的作用,可以阻止電子空穴與水、氧的結合,從而降低納米二氧化鈦的光化學性能,提高產品的耐候性。

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