钛酸酯偶联剂表面改性纳米氧化锌.pdf

第42卷第9期
化工技术与开发
Vol42 No9
2013年9月
Technology &Development of Chemical Industry
钛酸酯偶联剂表面改性纳米氧化锌
汤国虎
(威海职业学院生物与化学工程系,山东威海264210)
摘要:纳米氧化锌是一种高性能的无机材料,由于活性高,必须对其进行表面改性。本文通过对不同量钛酸酯
偶联剂改性的纳米氧化锌活化指数的测定,得到常温下改性纳米氧化锌的钛酸酯偶联剂的最佳用量,并且探讨改性
机理及最佳用量原因。
关键词:钛酸酯偶联剂;表面改性;纳米氧化锌
中图分类号:TQ132.41
文献标识码:A
文章编号:16719905013)09-0002
纳米氧化锌是一种新型的无机功能材料,有着镜,电子天平,架盘药物天平。
许多优异的性能和广泛的应用价值。制备出纳米粉
丙酮(分析纯),钛酸酯偶联剂,自制纳米氧化
体还只是第一步,最艰巨的一步是针对不同使用介锌。
质、不同使用场合的表面改性和处理。因为纳米粉
体粒径小、比表面积和表面能极大,极易团聚而不能2实验步骤
发挥纳米粉体的优异特性,纳米粉体团聚已经给粉
在室温下,钛酸酯偶联剂用丙酮稀释,体积比为
体技术及相关工业领域带来了很大的麻烦,是其应1:210,称取一定量的氧化锌粉体,加人一定体积的
用中首要解决的问题2。另外,纳米粉体与介质的稀释后的溶液,搅拌反应30min然后放人干燥箱,
不相容性导致界面出现空隙,存在相分离现象,所以80℃干燥挥发溶剂,得到改性后的粉体。
必须要对纳米粉体进行表面处理。表面改性是根
选用7cm的漏斗为容器,向其中倒人蒸馏水
据需要对粉体的表面特性进行物理、化学、机械等深称取一定量的经过改性的氧化锌粉体撒在液面上,
加工处理,控制其内应力,增加粉体颗粒间的斥力,用玻璃棒搅拌一定时间,静置后取出上层悬浮的粉
降低粉体颗粒间的引力,使粉体的表面物理、化学性体,放入干燥箱干燥,最后进行称重,根据公式计算
质,诸如晶体结构、官能团表面能、表面润湿性、电活化指数。
性、表面吸附和反应特性等发生变化,从而赋予纳米
粉体新的功能,并使物性得到改善。表面改性的目
实验结果及讨论
的包括:(1)改善或改变粉体粒子的分散性;(2)提
改性效果用活化指数表征。经表面改性处理后
高粉体粒子的表面活性;(3)使粉体表面产生新的物的无机粉体,表面由于极性变为非极性,呈现出较强
理、化学、机械性能及新的功能;(改善粒子与其他的疏水性,这种疏水性小颗粒在水中由于表面张力
物质之间的相容性;()改善纳米粉体的耐久性,如耐的作用漂浮不沉,根据这一现象可反映出粉体改性
药、耐光、耐热、耐候性等。
的效果,提出了活化指数的概念,用H表示,其含
纳米粉体表面改性的方法很多,分类的方法也义表达式如下
很多,按照改性剂的种类可分为偶联剂改性、有机物
样品中悬浮部分的重量
改性、无机物改性。本文采用钛酸酯偶联剂对已制
样品的总重量/g
备出的纳米氧化锌进行表面改性,改善纳米氧化锌
钛酸酯偶联剂是一种常用的改性剂,它是利用
分散性及其与有机介质的相容性。
分子中的无机功能区(ROm)与Zm0粉体表面的羟
基反应,通过化学键以单分子层形式缚结于粉体表
1实验仪器与药品试剂
面。其反应式为
电动搅拌机,电热恒温干燥箱,扫描电子显微ZnO)OH+RO- Ti(OXRY)(2no)0-T(OXRY+ROH
作者简介:汤国虎,男,威海职业学院讲师,研究方向:材料化学与工艺,Tel:13863020418,F-mail;t12h@163.com
收稿日期:2013-06-18
第9期
汤国虎:钛酸酯偶联剂表面改性纳米氧化锌
粉体表面可反应的羟基直接影响钛酸酯偶联剂的加入,可以使氧化锌粉体表面形成一层单分子覆
用量。对于一般粉体的表面处理,钛酸酯偶联剂的盖膜,这样就可以极大地减小其表面能,减轻粒子间
用量在1%左右,而对于纳米级粉体,由于微粒粒的强吸附作用,同时当粒子相互接近时,表面钛酸酯
径细小、比表面大,所以其用量要多于一般粉体。施偶联剂链的存在使其运动受到限制,因此钛酸酯偶
凯等根据单分子吸附层理论,推导出钛酸酯偶联剂联剂改性氧化锌粉体可以达到减少团聚的目的。
改性粉体的用量关系式
92
W偶联剂)W(粉体)x100%=6(D+dの2xMx100rNaD)
90
式中:d一偶联剂分子的直径,数值上等于i-O键
88
长的2倍即4.16×10"cm;
NA一阿佛加德罗常数
r一粉体的密度,g?cm3;
M偶联剂分子量;
82
6
10
D一粉体的平均粒径。
用量/%
假设ZnO粉体的粒径为100m,密度为55g-cm?
图1钛酸酯偶联剂用量与活化指数的关系
而钛酸酯偶联剂114的分子量为1310,于是根据公式
计算钛酸酯偶联剂的用量为13.8%
3.1钛酸酯偶联剂用量与活化指数的关系
钛酸酯倜联剂用量与活化指数的关系见表1及
图1。由表1和图1可见,钛酸酯偶联剂用量为9%
时,改性效果较优。实验结果与理论计算有较大差
别,这是由于颗粒的团聚使其比表面积减小及部分
(a)未改性
)改性后
活性点封闭,而这些团聚体在改性过程中并不能被
图2改性前后氧化锌的扫描电镜
简单的机械力所破坏,因此钛酸酯偶联剂的用量减参考文献:
少。钛酸酯偶联剂用量过少,难以完全缚结于粉体( en fun, Ll shouci, et al. Research on the com
表面;用量过多,过量的钛酸酯偶联剂存在于分散体
chemistry and Physics, 2001(69): 204-209
系中,会形成有机化改性粉体物理缠结点,重新产生[21李国栋;无闭聚纳米氧化锌的制备与机理研究中国
更大的团聚体,从而造成颗粒的聚沉。
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丧1钛酸酯偶联剂用量与活化指数的关系
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用量%
9
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漂浮的粉体重04137042004218043140455044204
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系式的导出叮.中国塑料,1990,4(1):35-39
镜照片,可以看出改性后的ZnO粉体由于包覆了钛
酸酯偶联剂,分散性有一定的改善。钛酸酯偶联剂
Study on Surface Modification of Nano-zinc Oxide by Titanium Acid Ester Coupling Agent
TANG