硅烷偶联剂对纳米ZnO的有机表面修饰研究

第36卷第5期2008年5月化　工　新　型　材　料NEWCHEMICALMATERIALSVol136No15

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硅烷偶联剂对纳米ZnO的有机表面修饰研究

宗封琦　李　峰　姚　超

(江苏工业学院化工系,常州213164)

摘　要　利用硅烷偶联剂(LM2N308)对纳米ZnO进行了有机表面改性。采用红外光谱((TG2DTA)、高

分辨透射电镜(HRTEM)、润湿性实验等对表面改性前后的纳米明,在纳米ZnO表面有LM2N308的存在,并形成了有机包覆层。,经2ZnO由亲水性变成了疏水性。

关键词　纳米ZnO,硅烷偶联剂,icationofnanosizedZnOwithLM2N308

ZongFengqi　LiFeng　YaoChao

(DepartmentofChemicalEngineering,JiangsuPolytechnicUniversity,Changzhou213164)

Organicsurfacemodificationonnano2ZnOwithcouplingreagentLM2N308wasstudied.ThepreparedAbstract　

sampleswerecharacterizedbyFTIR、TG2DTA、HRTEMandthewettingexperiment.AccordingtothespectraofFTIRandHRTEM,itwasinferredthattheLM2N308wasboundonthesurfaceofnanosizedZnOparticlesandanorganiccoat2inglayeralsoform.Thewettingexperimentshowedthatthesurfacepropertyofnano2ZnOmodifiedwithLM2N308waschangedfromhydrophilicitytohydrophobicity.

nano2ZnO,silanecouplingagent,organicsurfacemodificationKeywords　

　　纳米ZnO[1]作为一种无机填料,在应用到有机溶剂中时,很难良好的分散。为了改善、提高其在有机介质中的相容性和分散性,有必要对其进行表面改性。硅烷偶联剂是一种具有特殊结构的低分子有机硅化合物,可显著改善无机填料在高分子材料中的润湿状态,提高材料的力学性能

[225]

1.3　实验过程

首先向500mL的三口烧瓶中加入200mL固含量为10%的包覆SiO2的纳米ZnO水分散液,机械搅拌30min,在水浴中加热到80℃,然后滴加质量分数为10%的硅酸钠溶液,直到浆液的pH值在9左右为止,最后加入一定量的LM2N308,反应一段时间后,用真空抽滤泵抽滤、蒸馏水洗涤3次,再将洗涤所得纳米ZnO在110℃下鼓风干燥4h,粉碎后即得LM2

N308改性的样品。

。纳米

ZnO粉体的团聚现象一直是纳米ZnO粉体应用中最难解决

的问题,因此,本文选用无机处理后的纳米ZnO,提高了其分散性,再通过简单、便捷的方式对包覆SiO2的纳米ZnO进行了有机改性,研究了纳米ZnO在改性前后的性质变化。

1　实验部分

1.1　原料

包覆SiO2的纳米ZnO(自制);LM2N308(正辛基三乙氧基硅烷,AR)。

2　结果与讨论

2.1　热分析

2.1.1　不同投料量对纳米ZnO有机表面修饰的影响

图1和图2分别为不同投料量下所得样品的TG和DTA曲线[80℃下,LM2N308投料量分别取:m(LM2N308)∶m

(SiO22ZnO)=1∶20、1∶10、1∶5,反应4h]。由图1可见,在200℃以下,未经有机改性的纳米ZnO失重率约为1175%,主

1.2　仪器与分析表征

利用美国Nicolet型傅立叶红外光谱仪对纳米ZnO进行表征;热分析由SDTQ600热分析仪(美国TA公司)表征,空气气氛,升温速率为20℃ min-1,快速升温至50℃,然后以恒定的升温速率升温至1000℃;改性前后纳米ZnO粒子的形貌由JEM22010型高分辨透射电子显微镜(日本JEOL公司)观察。

要为纳米粒子表面的吸附水。经LM2N308改性后,在同样的温度范围内,投料量m(LM2N308)∶m(SiO22ZnO)=1∶20、1∶10和1∶5的失重率分别为1143%、1139%和1109%,吸附水量明显减少,说明LM2N308改性后纳米ZnO粒子表面的疏水性增加。在200～600℃之间,未经有机改性的纳米ZnO

失

基金项目:江苏省科技攻关(No.BE2006373),江苏省博士后科研资助计划(0602020B),常州市科技攻关(No.CE2005016),常州青年科技人才培养

计划资助项目(No.CQ2006009)

作者简介:宗封琦(1965-),男,大学,实验师。研究方向:从事热分析的教学与科研。联系人:姚超(1969-),男,副教授,研究方向:纳米材料的制备和表面处理。

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化工新型材料第36卷

重率约为1188%,主要为纳米粒子表面羟基减少所致,经LM2N308改性后投料量m(LM2N308)∶m(SiO22ZnO)=1∶20、1∶10和1∶5的失重率分别为3121%、3126%和4136%,主要为纳米ZnO粒子表面的LM2N308燃烧造成的,对应图2的

DTA曲线上有相应的放热峰

。

DTA曲线

红外光谱分析

图5　样品的红外光谱图

[a:包覆SiO2的纳米ZnO;b:m(LM2N308)∶m(SiO22ZnO)=1∶5,反应时间4h;c:LM2N308]

图5是LM2N308有机表面改性前后纳米ZnO的红外光谱图。图5c为LM2N308的IR谱图,图中297311cm-1、

292519cm-1和285713cm-1为C2H键伸缩振动吸收峰;145717cm-1和138918cm-1为C2H键弯曲振动吸收峰;95619cm-1为O2H面外弯曲振动吸收峰。对比图5中a、b、c

可见,改性后的纳米ZnO在波数为295816cm-1、292216cm-1和146611cm-1处均出现了LM2N308中的非极性部分的吸收峰,这说明纳米ZnO表面存在LM2N308。

2.1.2　反应时间对纳米ZnO有机表面修饰的影响

2.3　高分辨透射电子显微镜(HRTEM)

分析

不同反应时间所得样品的TG曲线和DTA曲线分别如图3和图4所示[80℃,LM2N308投料量m(LM2N308)∶m

(SiO22ZnO)=1∶10]。由图3可见,反应时间为2h、4h、6h的

样品在200～600℃之间的失重率分别为2161%、3126%、

3110%,表明随着反应时间的延长,纳米ZnO表面LM2N308

的吸附量逐渐增大。对应图4的DTA曲线上有相应的放热峰,而反应时间为4h和6h的相差不大,说明反应时间为4h时,纳米ZnO表面LM2N308的吸附量达到饱和。

图6　改性前后纳米ZnO粉体的HRTEM照片

[a:包覆SiO2的纳米ZnO;b:m(LM2N308)∶m(SiO22ZnO)=1∶5,反应时间4h]

图6是LM2N308改性后纳米ZnO粉体的HRTEM照片。对比图中的a和b,可以看出纳米ZnO表面包覆层 …… 此处隐藏：3143字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……