對于納米粉體來說,制備只是第一步,最難是針對不同使用介質、不同使用場合的表面改性和處理。
在實際工業應用中,納米粉體因粒徑小、比表面積和表面能大極易團聚,嚴重限制了納米材料的應用。另外,納米粉體與介質的不相容性會導致界面出現空隙,存在相分離現象,所以必須對納米粉體進行表面處理。
目前,納米粉體的表面改性方法主要有偶聯劑改性、有機物改性、無機物改性等。
1、納米粉體偶聯劑改性
偶聯劑改性是偶聯劑與納米粉體表面發生化學偶聯反應,兩組分之間除了范德華力、氫鍵或配位鍵相互作用外,還有離子鍵和共價鍵的結合。偶聯劑是在納米粉體表面改性中應用較多的改性劑。
偶聯劑改性納米粉體用量應該適當,偶聯劑用量過少不能充分與納米粉體結合,改性不完全;偶聯劑用量過多,則由于偶聯劑的存在,形成有機化改性粉體物理纏結點,重新產生更大的團聚體,從而造成顆粒的聚沉。
從納米粉體物性改良方面,偶聯劑改性納米粉體可以使其分散性得到很大的改善,但并不充分,仍然存在少量的團聚,影響了納米粉體功能的充分發揮。雖然耐水性、疏水性有一定的提高,但目前對填充體的耐水性、疏水性要求越來越高,所以如何開發出新的偶聯劑改性納米粉體,使納米粉體表面惰性化,具有更高的耐水性、疏水性和分散性,是一個重要的課題。
2、納米粉體有機物改性
無機納米粒子表面存在大量的活性基團,如在炭黑和碳纖維表面存在酚醛基、羥基及醌基等,而二氧化硅、氧化鈦、氧化鋅等無機納米粒子也存在著活性羥基,利用這些活性基團與有機物發生接枝反應,在納米粉體表面覆蓋一層有機分子膜,從而達到改性納米粉體的目的。
無機顆粒表面接枝聚合物后,可以將無機物的優異性質(如耐熱性、導電性和強磁性等)與高分子的優異性相結合,形成具有新功能的有機、無機混合材料。另外,顆粒表面接枝聚合物后,無機納米粒子在有機溶劑和聚合物中的分散性顯著上升。一般在有機溶劑及聚合物中聚合填充可以多量且均勻地進行,加工操作容易,而且在顆粒表面功能設計方面具有無窮變化的可能性。
3、納米粉體無機物表面改性
用無機物作改性劑,無機物與納米粒子表面不發生化學反應,改性劑與納米粒子間依靠物理方法或范德華力結合。一般利用無機化合物在納米粒子表面進行沉淀反應,形成表面包覆,再經過一系列處理,使包覆物固定在顆粒表面,降低了納米粒子的活性,提高了其分散性。
如采用氫氧化鐵膠體包覆納米二氧化鈦,由于外層膜的作用阻止了電子空穴對同水、氧氣的結合,從而使納米二氧化鈦的光化學性降低,提高了產品的耐候性。
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