140江苏科技大学学报(自然科学版)第24卷

硅的处理剂或精密的生产设备,经济成本高,从而制约了超疏水纳米SiO2粒子大规模的应用.本文报道了一种用自制铝酸酯偶联剂X230构筑超疏水纳米二氧化硅表面的简单方法.与传统的含氟硅的处理剂相比,X230铝酸酯偶联剂原料易得,制备条件温和、价格低廉、利于工业化.

80°;扫描电镜分析(SEM)用德国产QUANTA700

扫描电镜,样品先进行喷金处理;表面水接触角的

测量(WCA)采用POWEREACHJC2000A静滴接触角/界面张力测量仪,温度20℃,二次蒸馏水滴在样品表面,以相互距离5mm的三点进行测量,取平均值.

1　实验

111　试剂及原料

2　结果与讨论

211　最佳工艺条件探讨211　2

孔型纳米SiO2购自浙江舟山明日纳米材料有限公司,粒径为15～25nm,比表面积为600m羟基含量>45%;2;使用.

112　O,在相,SiO2疏.常温下耗时长,不利于单元操作;较高的温度有利于偶联剂和纳米SiO2之间的反应,同时高温也有助于纳米SiO2在溶剂中的分散.但是高温能耗大,提高了产品的成本,亦不利于安全操作,且温度过高会使处理剂分解,严重影响

产品质量.图2是在相同反应时间(4h)下,反应温度和改性后纳米SiO2水接触角(θc)变化的关系.从图中可以看出当反应温度从40℃升至110℃,水接触角呈上升趋势,并在110℃时达到最大值15011°.由此可见在110℃下反应得到的纳米SiO2

将纳米SiO2放入烘箱中,110℃下放置12h,热处理除去其中的水分.在带有温度计、搅拌器、回流冷凝管和N2保护的四口反应釜中将经过热处理的纳米SiO2分散于溶剂中,分别加入一定量的处理剂在加热条件下回流搅拌数小时,再将混合物进行离心分离,用溶剂洗涤下层固体数次,最后在真空烘箱里110℃下干燥使附着在纳米SiO2表面上的溶剂完全挥发,取出置于干燥器中.表面改性原理见图1.自制铝酸酯偶联剂的X230分子式为

(RO)xAl(OCOR′)nDn(式中Dn代表配位基团,R代表烃基),为表达方便,将该分子式简化为

X

.图1中铝酸酯偶联剂中的X是与

疏水性能最佳,达到了超疏水性能

.

纳米SiO2粒子表面羟基发生反应的基团,以化学键联接在纳米SiO2粒子表面形成偶联剂分子层;而“

”则是与高分子聚合物发生反应

或者产生物理缠绕的基团,能使纳米SiO2粒子表面由亲水性向疏水性转变

.

图2　反应温度和改性后纳米SiO2水接触角变化的关系

Fig.2　Watercontactangleonthesurfaceofmodified

nano2silicawithdifferentreactiontemperature

21112　反应时间的影响

图1　纳米SiO2表面改性示意

Fig.1　Schematicdiagramofmodificationon

nano2silicasurface

以反应温度不破坏偶联剂结构性能为前提,在相同的温度下,纳米SiO2的疏水性能与反应时间也有一定的关系.反应时间过短,偶联剂不能充分的对纳米SiO2进行改性,达不到理想的疏水效果;而反应时间过长则能耗大,产品成本高,生产效率低.图3是相同反应温度(110℃)下,不同反应时间对改性后纳米SiO2表面接触角影响的关系图.从图中可以看出,反应4h左右纳米SiO2疏水性能

113　表征

傅里叶红外光谱分析(FT2IR)用美国NICO2LET2NEXUS670傅里叶红外光谱仪,KBr压片;X射线衍射分析(XRD)用D8ADVANCE型X射线

α作为辐射源,衍射角2θ为5°衍射仪上,CuK～