发布时间 : 星期日 文章二氧化硅(SiO2)的表面有机化及其在聚合物中的应用--本科毕业论文解读更新完毕开始阅读909525a67e192279168884868762caaedc33ba5f
说它们的两个-OH连在了一个硅原子上。在这三种-OH中只有第二种连生的它们能够相互通过氢键结合在一起。而另外两种孤立的和双生的-OH都没有形成氢键。纳米SiO2 粒子的表面结构图如下所示。
1.1.2纳米二氧化硅的性质
纳米SiO2呈半透明状态，是一种白颜色，没有毒性，没有固定形态的微细粉末状物质。它的化学性质比较稳定，耐很高的温度，不能燃烧，无味，无毒，无污染，具有很好的电绝缘性和热阻性的无机材料。纳米SiO2粒径十分小，一般为10至40纳米。就是因其粒径很小，所以它的比表面积很大，造成表面的吸附力非常强，表面能也就很大。同时它的质量十分轻，分散性能比较好。这些造成其它有优越的补强性能、增稠性能、触变性能，这些能够使其在很多的领域内具有非常独特的性质。
1.1.3纳米二氧化硅的运用
纳米SiO2俗称“超微细白炭黑”，在各行业得到了广泛运用[2]。
现在它主要是被用来当添加剂、催化剂载体，石油化工，脱色剂，消光剂等。它可以为橡胶进行补强，对油墨加工进行增稠，在金属加工时候当作的软性磨光剂，绝缘绝热材料或着塑料方面的充填剂。而且
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在那些高级的日用化妆品填料领域及喷涂材料、医药、环保等各种领域都有很好的使用[2]。在这些方面它不仅仅能提供很好的改性，也能最大限度的降低工业生产成本。因此随着纳米SiO2应用领域的不断扩大，需求趋势的不断发展，很多国内外科研人员对纳米SiO2相关性能作了大量的研究以拓宽其使用范围和增加特性。
1.2聚合物基聚丙烯（PP）简述
1.2.1聚丙烯结构性能特点
聚丙烯（PP）分子式：（C3H6）n，结构式：，是由丙烯聚合而制得的的一种热塑性树脂。按取代基甲基（-CH3）在主链平面的不同旋光异构排列位置可以分为等规PP（IPP）、间规PP(SPP)和无规PP(APP)三种。PP是一种没有毒性、没有臭味，颜色是乳白色的高结晶聚合物。同时它还是所有塑料中在目前最轻的一种[3]。PP在水中特别稳定、成型性很好。同时其拉伸强度、屈服强度、表面强度及弹性模量均较为优异，并且在恶劣环境中具有很突出的耐环境应力开裂性和耐磨性。它的电性能和高频率下不导电的特性不会受到温度的变化而变化，而且它的化学稳定性比较好，耐腐蚀效果非常明显。这些特点都为聚丙烯的工业运用提供了很广的领域。 1.2.2聚丙烯的改性目的
聚丙烯并不是十全十美，它也拥有很多性能方面的缺陷，因此我们就需要对它进行符合人们需求的改性处理。PP存在成型收缩率高、缺口冲击强度不高、韧性低、很容易就老化、在低温下呈现脆性和耐磨性不好等缺点。因此在运用范围上，尤其在作为结构材料工程塑料
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的运用受到非常大的限制。近年来，PP的改性已是其能够工程化、精细化和功能化的重要手段。以往的改性方法是加入橡胶来增加韧性，但是这样就会造成PP的刚度、模量和热性能降低[4]。因而寻求新的改性PP途径是高分子材料加工追求的目标，而用蒙脱土、SiO2、CaCO3等纳米级微粒填充PP的研究是最新的手段。通过共混、插层等手段将纳米级填料例如基体PP中，利用纳米尺寸效应、大的比表面积以及强的界面作用力，将填料和基体的性能结合获得更加符合人们预期的优异性能。
2.纳米二氧化硅有机化机理
2.1纳米二氧化硅有机化原因
纳米SiO2，它的表面含有-OH，是一种呈半透明状白色粉末。其化学性质稳定，具有许多优良性能，在橡胶、涂料、医药、造纸等诸多领域得到广泛的应用，是当今粉末体材料科学中发展最快的品种之一。
纳米SiO2由于表面较多的硅羟基，造成它的活性比较高，易亲水，很难在有机相中分散和浸润。同时纳米SiO2因其粒子直径很小，达到纳米级别，所以其比表面积和表面能非常大，具有很高的亲水性，很容易团聚。在制备纳米粒子/聚合物复合材料时候，其在聚合物中不易分散。
用通用的共混方法是很难得到纳米结构的复合材料[5]。但是要想提高聚合物和纳米材料在界面间彼此的结合力，就需要增加纳米微粒的分散能力，而这就必须对纳米粒子的表面进行有机化处理。因为通
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过这种方法来处理，主要是为了使粒子的表面能态能够降低，表面电荷能够消失，从而来提高聚合物有机相与纳米粒子之间的亲和力，减弱纳米粒子的表面极性等。
2.2纳米二氧化硅表面有机化方法
纳米粒子表面有机化处理属于其表面改性处理的一种方式。表面改性是指用机械、化学、物理等方法对材料表面进行处理，根据运用需要有目的的改变材料表面的物化性质，例如粒子的表面组成，如官能团和结构；粒子表面的相关性能，如润湿性、表面能、电光性、反应吸附特性等。纳米粒子的表面改性大致包涵以下几个方面的研究：1、表面覆盖改性；2、机械化学改性；3、外膜层改法；4、局部活性改性；5、高性能表面改性；6、利用沉淀反应进行表面改性[6]。
在上面的纳米粒子表面改性方法中，适合纳米SiO2表面有机化处理的是第一种方法——表面覆盖改性。其主要使用的改性剂有以下几种：如硅烷偶联剂、硬酸酯、有机硅和钛酸酯类偶联剂等等，它们也叫着界面改性剂或分散剂。而这些分散剂对纳米SiO2表面有机化处理机理是通过化学方法在其表面接枝分散剂，就像在其表面覆盖了一层有机溶剂，这样就可以使其有机性能得到提高。在这些分散剂中硅烷偶联剂的使用则是最频繁，也是最简单有效的试剂。
2.3.硅烷偶联剂法
科学家们在上世纪70年代，发现了硅烷偶联剂对纳米SiO2有改性作用，其可以提高纳米SiO2和有机物载体之间的相容性，降低胶料的粘度、生热和滚动阻力，能够改善胶料的加工性能和耐磨性能[8]。
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