[发明专利]一种基于化学改性实现对纳米二氧化硅表面润湿性的调控方法

说明书

一种基于化学改性实现对纳米二氧化硅表面润湿性的调控方法，按质量份数计，将4.000～5.000份纳米SiO₂粉末中加入120.000～150.000份的溶剂，超声，得到悬浮液；向悬浮液中加入3.500～15.000份的改性剂，然后滴加10.000份的改性助剂，滴加完毕后进行回流反应，然后离心，洗涤，干燥，得到疏水化的纳米SiO₂。本发明借助于化学处理和功能化以实现对纳米SiO₂颗粒表面的亲疏水性的调控，制备方法简单、方便，并具有很高的可控性，制备的疏水化的纳米SiO₂粒子的形貌比较规整，粒径窄，分布均一。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，涉及一种调控润湿性的方法，具体涉及一种基于化学改性实现对纳米二氧化硅表面润湿性的调控方法。

背景技术

纳米二氧化硅(SiO₂)是极其重要的高科技超细无机新材料之一，由于具有量子尺寸效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和表面界面效应，宏观上体现为比表面积大，表面能大，表面吸附力强，化学纯度高、在电阻、热阻等方面具备优异的性能，以其优越的补强性、稳定性、触变性和增稠性，在众多学科和领域内独具特性，拥有不可取代的地位。

纳米SiO₂颗粒表面润湿性不但在复合材料领域中起着重要作用，如将SiO₂粒子作为模板，在其表面修饰聚合物，形成高分子包覆SiO₂的核壳结构的微球，然后经过高温碳化，再用HF刻蚀掉SiO₂核，形成碳空心球。由于空心球表面积大，其用途广泛，可用于催化剂或药物的负载以及锂离子电池等领域。而且在吸附剂、颜料、洗涤剂、化妆品和制药工业等领域中起着十分重要的作用，在光子晶体等应用中，保持粒子表面改性后的形状、粒径分布均一以及理想的润湿性对粒子的组装也至关重要。在Pickering乳液和泡沫制备过程中，SiO₂颗粒的粒径与接触角等特性决定着这些分散体系的形成与稳定性。

纳米SiO₂粒子表面的润湿性而且还受表面化学成分和几何微观结构的影响。由于表面羟基的存在导致纳米SiO₂粒子表面作用强，易团聚，通常是以二次聚集体的形式存在，从而限制了纳米SiO₂超细效应的发挥，在聚合物基体中难以分散和浸润，使其在某些领域无法正常使用。

因此必须对纳米SiO₂进行表面改性。采用物理或化学修饰实现其表面润湿性的改变是一种非常有效的策略。物理修饰主要是通过静电吸附、涂覆及包覆等物理作用对粒子表面进行改性；化学修饰即通过改性剂与无机粒子硅羟基之间的化学反应，以改变SiO₂粒子的表面分子结构，达到表面润湿性转变的目的。

目前，用于纳米SiO₂化学修饰的改性剂有醇、硅烷偶联剂、胺、脂肪酸和有机硅化合物等，其中使用较多的是硅烷偶联剂和有机硅化合物。Fuji等用系列醇改性纳米SiO₂，发现链长在8个碳以上的伯醇可使纳米SiO₂憎水性明显提高；8个碳以下的醇只有在接枝率大于20％时才能使纳米SiO₂完全转变为憎水性。使用较多的胺类改性剂有乙胺、1,2-乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和六甲基二硅胺烷等。例如，纳米SiO₂颗粒经六甲基二硅胺烷表面改性处理后，因六甲基二硅胺烷反应活性高而使得SiO₂颗粒表面羟基数明显减少。