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KH-570作用于SIO2表面改性的原理

KH-570作用于SIO2表面改性的原理

納米 SiO2 是目前世界上大規模工業化生產的產量最高的一種納米粉體材料，具有特殊的光學性能、光催化特性、填充特性和流變特性，廣泛應用于電子封裝材料、高分子復合材料、塑料、涂料、橡膠、顏料、陶瓷、膠黏劑、玻璃鋼、藥物載體、化妝品及抗菌材料等領域。但是，和所有超細粉體存在的問題相似，納米SiO2 表面極性強、表面能高，處于熱力學非穩定狀態，極易發生粒子團聚，在使用時影響納米微粒所具有的功能。由于納米SiO2 表面易與空氣中的水分子作用而帶有羥基，表現出很強的親水疏油性，在有機介質中難以均勻分散，難以與基料很好結合，易造成界面缺陷，導致材料性能下降，使納米材料的優越性能得不到應有的發揮。
  表面改性是解決以上問題的有效方法之一。改性劑的選擇直接影響到改性效果，目前采用表面活性劑、偶聯劑對納米SiO2 進行表面改性研究的報道很多。采用硬脂酸鈉和十二烷基磺酸鈉兩種陰離子表面活性劑在水溶液中分別對納米SiO2 進行表面改性，其中Ba2+預活化與十二烷基磺酸鈉改性聯用的效果較好。采用硅烷偶聯劑KH-570改性納米SiO2，分別分散在水和無水乙醇不同體積比例混合的溶液中進行表面改性，對比發現無水乙醇和水體積比例為3︰1 的溶液中納米SiO2 的表面改性效果最好。
  未改性納米SiO2 在無水乙醇中的團聚體尺寸較大，并且有大塊的堆積現象。這是因為未改性的納米SiO2 表面與水分子作用而帶有的羥基（—OH），在無水乙醇中相互作用，以化學鍵或者氫鍵相結合，極易團聚。經KH-570改性后的納米SiO2 相比改性前團聚體明顯減小。這是由于硅烷偶聯劑KH-570的水解基團與顆粒表面的羥基發生化學鍵合或物理吸附，在粒子表面形成有機吸附層，從而使改性后納米SiO2 能夠較好分散在有機介質中，有效改善其團聚現象。
  改性前納米SiO2團聚體直徑集中于200～300 nm。改性前納米SiO2不同粒徑的團聚體中，直徑在200～600 nm的團聚體占總體積的絕大多數。經硅烷偶聯劑KH-570改性后，團聚體直徑分布曲線明顯變窄，主要集中在70～100 nm，占總數的一半以上，直徑在20～70 nm的團聚體占總體積的多數。說明經硅烷偶聯劑KH-570改性后的納米SiO2在有機溶劑乙醇中的分散情況大大改善，分散穩定性提高。
  經過添加硅烷偶聯劑KH-570，SiO2 溶膠的Zeta 電位明顯增大。根據膠體的電化學性質，溶膠粒子的靜電斥力作用可以減小它們之間相互碰撞的頻率，使聚結的機會大大降低，從而提高相對穩定性。Zeta 電位反映了納米SiO2 顆粒在溶膠中吸附帶電量的大小，可知KH-570改性后納米SiO2 在溶膠中的帶電量較改性前大大提高，則納米SiO2 粒子間的靜電斥力作用會隨其帶電量的增大而增大，從而其分散穩定性會顯著提高。改性后納米SiO2 顆粒的分散性提高很大程度得益于表面靜電斥力的增加。
  使用硅烷偶聯劑KH-570在無水乙醇和水體積比為3︰1 的混合溶液中對納米SiO2 進行表面改性，可以使改性劑有效的包覆粉體表面，改性后的納米SiO2粉體在有機溶劑乙醇中的分散穩定性得到有效提高，可以使其在有機物質的添加使用中更好發揮作用。