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化学世界
011年
硅烷偶联剂KH-560改性纳米二氧化硅
刘会媛,李德玲,李星
(唐山师范学院化学系,河北唐山063000
摘要:用硅烷偶联剂KH-560对纳米SiO2样品表面进行接枝改性研究。考察了納米Si(O2的用
量、KH-560百分含量、改性温度以及改性时间对政性效果的影响。采用红外光谱、热重分析手段
对表面改性前后的纳米SiO2进行表征。纳米SiO2最佳エ艺改性条件:納米Si(O2用量4%,KH
560百分含量2%,政性温度90C,改性时间6h。
关键词:纳米二氧化硅;烷偶联剂;接枝改性
中图分类号:O647.11
文献标志码:A
文章编号:0367-6358(2011)08-0456-03
Surface Modification of Nano-silica by Silane Coupling Agent KH-560
LIU Hui-yuan, LI De-ling, LI Xing
(Department of Chemistry, Tang shan Normal College, Hebei Tangshan 063000, China)
Abstract: The nano-silica surface was modified using silane coupling reagent KH-560. In order to
investigate the best modification conditions, the effects of the content of nano-silica and KH-560, reaction
time and temperature were studied. The modified SIO> was characterized by FT IR and TG techniques
The best modification conditions obtained were as follows: the Sio, content was%; KH-560 content was
2%; reaction temperature was 90 C and reaction time was6 h.
Key words: nano-sio2; silane coupling agent; graft modification
近年来,用无机纳米SiO2粒子增韧改性聚合物要在其颗粒表面进行接枝改性。常用的改性剂有硅
和杂化材料的研究取得了显著效果。由于纳米烷偶联剂、钛酸賄偶联剂、超分散剂等3?,有关硅烷
SiO2具有表面界面效应,量子尺寸效应,宏观量子偶联剂改性纳米SiO2的研究已有文献报道。实
隧道效应和特殊光、电特性,高磁阻现象以及其在高验研究了用纳米SiO2为原料,以γ(2,3环氧丙氧
温下仍具有的高强、高韧、稳定性好等奇异特性1,基)丙基三甲氧基硅烷(KH-560)为改性剂,制备表
使纳米SiO2可广泛应用于各个领域,具有广阔的应面疏水的纳米SiO2,探索了最佳改性条件
用前景和巨大的商业价值。但同时由于纳米SiO2
实验部分
的粒径小、比表面积大、具有亲水基团(-OH),表面1.1试剂
活性高,稳定性差,使得颗粒之间极易相互团聚在聚
试剂:甲苯(AR,天津市大茂化学试剂厂);KH
合物中不易分散,并且由纳米效应引起的一系列优560(工业级,曲阜市华荣化工新材料有限公司);纳
异特性会被减弱或消失。同时由于SiO2表面亲水米SiO2(工业级,曲阜市华荣化工新材料有限公司)
疏油在有机介质中难以浸润和分散,直接填充到材1,2实验方法
料中,很难发挥其作用?,为了避免此现象发生就需
称取一定量纳米SiO2,加入20mL甲苯,常温
收稿日期:2011-01-06;修回日期:2011-0621
作者筒介:刘会媛(1970~),女,高级实验师,主要从事材料改性实验和数学,E-mail:huiyuanliu123sina.com
第8期
化学世界
457?
用KQ-300E型超声波清洗器(300Wの)超声分散30分析SiO2粒子表面接枝改性的情况[
min,得到均匀悬浮液,再向其中加入硅烷偶联剂2结果与讨论
KH-560,继续超声3~4min,转移到装有回流冷凝2.1单因素范围粗选
管、增力电动搅拌的100mL四颈烧瓶中,于设定好2.1.1SiO2用量的确定
的油浴温度中搅拌反应。反应后的浆液用CT15RT
以20mL甲苯作为溶剂,首先称取0.1g纳米
台式高速冷冻离心机以12000r/min的速度常温离SiO2加入甲苯中超声分散,形成均匀的悬浮液,逐渐
心分离,得到改性纳米SiO2。改性纳米SiO2超声增加SiO2的用量,直至形成粘稠的浆糊状(见表1)。
分散、离心分离6次。将改性纳米SiO2置于真空干
1二取化硅用量确定
燥箱中,常温干燥8h,得到制备好的改性纳米SiO2加人SO甲苯体SO质量
白色粉末
质量/
积/mL
分数
1.3样品测定的和表征
很稀的悬浊液
比较稀的悬浊液
1.3.1热重分析
用日本岛津 Shimazu热重分析仪对改性后的
246
较粘稠的浊液
20
粘稠的浆糊状
纳米SiO2进行接枝率的测定:将改性后的纳米
SiO2干燥至恒重后,置于坩埚中,设置热重分析仪
根据实验结果,SiO2在甲苯中的溶胀值最大可
参数,升温速率10°C/min,测试温度范围为2
达6.4%,所以正交实验中SiO2用量设为1%、2%、
800C,根据改性试样的失重计算纳米SiO2的接枝4%、6%。
率
2.1.2硅烷偶联剂KH-560浓度范围确定
1.3.2红外光谱测定
取SiO2用量为4%,反应时间为6h,温度为70
采用德国 Bruker Tensor37傅里叶红外光谱仪.C,改变硅烷偶联剂KH-560的含量,探索KH-560
(KBxr压片)对改性前后的SiO2粒子进行表征,定性的正交水平选取范围(见表2)。
表2KH-560浓度范确定
KH-560含量/%
0,1
SiO2接枝率
0.076923
0,079602
0.073286
0,072131
0.06333
0.066845
由上表可知,改性后SiO2的接枝率因KH-560率达最大,随着反应时间的减少,SiO2的接枝率略
的百分含量而异,当KH-560的浓度为0.5%时,有下降。但增加改性时间,SiO2的接枝率明显下
SiO2的接枝率达到最大,当KH-560含量进一步增降,可能是搅拌时间过长,部分未完全接枝或者接枝
大时,SiO2的接枝率略有下降,继续增大KH-560不够稳定的KH-560-SiO2受力后从纳米SiO2表面
的含量,SiO2的接枝率明显下降,这是由于较大量脱落所致。所以取6h为正交试验改性时间范的
的KHI-560水解会部分自聚,竞争反应加强,SiO2上限。正交试验反应时间四水平分别为1,2,4,6
的接枝率反而下降,正交试验中KH-560浓度的选
取为:0.19%,0.5%,1%,5%
2.1.4.改性温度的确定
2.1.3改性时间的确定
固定SiO2用量为4%,硅烷偶联剂KH-560的
一般条件下,温度越低,反应速率越慢,因此选