纳米颗粒的表面修饰与改性.ppt

第三章 纳米颗粒的表面修饰与改性 2009 10 29 纳米颗粒的表面修饰与改性 表面工程 用物理 化学方法对粒子表面进行处理 有目的地改变粒子表面的物理化学性质 如表面原子层结构和官能团 表面疏水亲水性 电性和反应特性等 实现人们对纳米微粒表面的控制 表面修饰与改性目的 改善或改变纳米粒子的分散性提高微粒表面活性使微粒表面产生新的物理 化学 机械性能改善纳米粒子与其它物质之间的相容性 物理修饰及改性方法 吸附法 例 十二烷基苯磺酸钠 纳米Cr2O3 Mn2O3在乙醇中的分散 无机纳米粒子在非极性油性溶液中的分散 无机纳米粒子在水溶液中的分散 极性官能团 非极性亲油基 可用于吸附的化合物 表面活性剂 聚电解质 嵌段共聚物 在不同介质中 表面活性剂在纳米颗粒表面吸附示意图 物理修饰及改性方法 表面沉积法 将一种物质沉积到纳米微粒表面 形成与颗粒表面无化学结合的异质包覆层 例 纳米TiO2表面包覆Al2O3 纳米粒子分散在水中 60 浓硫酸调节pH值1 5 2 0 铝酸钠水溶液 纳米TiO2 Al2O3 物理修饰及改性方法 sol gel 纳米SiO2对纳米结构的表面包覆a 纳米颗粒b 晶体c 双连续网状结构作用 金属颗粒 稳定 防止团聚磁性颗粒 提高磁流体稳定性BaTiO3 防止溶解CdS 光解保护作用HAp 提高生物相容性 表面sol gel沉积法 化学修饰及改性方法 偶联剂法 硅烷偶联剂 Y R1 Si OR 3 对表面具有羟基的无机纳米粒子 如纳米SiO2 最有效 但与CaCO3 碳黑等碱性粒子结合差 代表性硅烷偶联剂 国内 外 牌号 KH570 A174 KH560 A187 KH550 A1100 化学修饰及改性方法 非水分散型的染料溶在环己烷中制备微乳液 然后液滴用SiO2包覆最后硅烷偶联剂改性 化学修饰及改性方法 钛酸酯偶联剂 单烷氧基型异丙基三 异硬脂酰基 钛酸酯异丙氧基三 磷酸二辛酯 钛 HO X C N P S等元素R 长链烷烃Y 羟基 氨基 环氧基 双键等 化学修饰及改性方法 铁黄 FeO OH 高沸点醇 200 脱水 275 脱水 Fe2O3 Fe3O4 亲油疏水氧化铁 酯化反应表面修饰法对于表面为弱酸性和中性的纳米微粒最有效 如SiO2 Fe2O3 TiO2 Al2O3 ZnO等 酯化反应采用的醇最有效的是伯醇 其次是仲醇 叔醇无效 酯化反应法 金属氧化物与醇的反应成为酯化反应 化学修饰及改性方法 表面接枝改性法 通过化学反应将高分子链接到无机纳米粒子表面上的方法称为表面接枝法 聚合与表面接枝同步进行法例如碳黑 表面捕捉自由基能力较强 边聚合边接枝 颗粒表面聚合生长接枝法 无机纳米粒子能吸附引发剂 单体在引发剂作用下直接从无机纳米粒子表面开始聚合 诱发生长偶联接枝法 纳米粒子表面官能团与高分子的直接反应 优点 制备新功能纳米微粒 提高它们在有机溶剂和高分子中的分散性 化学修饰及改性方法 聚合物包覆改性 多相聚合法实现聚合物对无机纳米粒子的包覆 化学修饰及改性方法 TMA POSS anionicocta tetramethylammonium polyhedraloligomericsilsesquioxane 水溶性POSS改性 得到水分散型纳米金属粒子 表面改性剂的种类 1 偶联剂 2 表面活性剂 3 有机聚合物聚丙烯蜡 聚乙烯蜡 阴离子 十二烷基苯磺酸钠阳离子 胺盐类非离子 脂肪醇聚氧乙烯醚两性 氧化胺 种类 硅烷偶联剂 钛酸酯偶联剂 锆铝酸盐及络合物作用 无机填料与有机高聚物分子之间的 分子桥 抑制填料体系 相 分离 增大填充量 表面改性剂的种类 4 不饱和有机酸如油酸 用于处理含碱金属粒子的无机矿物填料 5 有机硅硅油 硅表面活性剂 用于高岭土 碳酸钙滑石粉 水合氧化铝等表面的改性 6 高级脂肪酸及其盐用于氧化铁红 铁黑 铁黄等粉体表面的改性如硬脂酸 硬脂酸锌 表面改性剂的种类 8 超分散剂 BYK公司 一部分为锚固基团 可通过离子对 氢键 范德华力等作用以单点或多点的形式紧密地结合在颗粒表面上 另一部分为具有一定长度的聚合物链 适用于提高颜料 填料在非水介质中的分散度特点 在颗粒表面可形成多点锚固 提高了吸附牢固度而不易解吸溶剂化链比传统分散剂亲油基团长 可起到有效的空间稳定作用形成极弱的胶束 易于活动 能迅速移向颗粒表面 起到润湿保护作用不会在颗粒表面导入亲油膜 从而不致影响产品的应用性能 表面改性剂的种类 常见超分散剂 含有取代氨基的聚酯分散剂 可用于颗粒在有机溶剂及磁粉在基质中的分散 G NCO NH2R C2 C10烷基Q 聚酯链 用于分散颜料的接枝共聚物分散剂主链 顺丁烯二酸酐 乙烯基单体共聚物侧链 醋酸乙烯酯或丙烯酸酯类聚合物 聚 羟基酸 酯类分散剂 用于颜料分散 HO X COO n M X 二价烷基M H或金属 分子结构为YCOZR的分散剂 A 烷基或烷羟基 表面改性剂的种类 常见超分散剂 低聚皂类分散剂 水溶性高分子分散剂 纳米颗粒表面改性的应用前景 作为填料应用 在润滑油中的应用 降低摩擦系数 纳米固体的制备 纳米粒子 A