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纳米颗粒的化学改性方法研究现状

纳米颗粒的化学改性方法研究现状
纳米颗粒的化学改性方法研究现状

收稿日期:2004–06–28;修回日期:2005–01–12

作者简介:陈云华(1965–),男(汉),副教授,博士生。线、电晕放电或等离子体使表面性质发生变化,费

用高且技术难度大。化学法是一种简便易行、价廉而效果又好的方法,因此被普遍采用。

1.1 表面活性剂或有机大分子吸附改性

无机纳米粒子在电解质溶液中表面会吸附离子而带电荷,加入带相反电荷的表面活性剂会在纳米粒子表面形成一层吸附膜把整个纳米粒子包覆起来,这样的粒子可分散于有机溶剂中。但当加入的表面活性剂大于临界胶束浓度(CMC),粒子又具有亲水性,可重新稳定分散于水中。因此,用表面活性剂的水溶液吸附改性时要十分注意控制表面活性剂的浓度。另外,不同的胶体具有相应不同的等电点,故溶液的pH常常影响表面活性剂的表面吸附。例如,SiO2、TiO2、Fe2O3、Al(OH)3、Mg(OH)2的等电点pH分别为:2~3、6.7、8.5、9~12、12.4[13],所以,Al(OH)3和Mg(OH)2易于吸附阴离子表面活性剂而有机化改性[14~16]。SiO2和TiO2的等电点pH值较低,欲对其有机化改性,可直接吸附阳离子表面活性剂。但阳离子表面活性剂价格较高,且往往有毒。可先想办法使其表面电荷由负变为正,然后再用阴离子表面活性剂改性[17]。例如,用高价阳离子活化SiO2:

(SiO2)m OH + Ca2+ = (SiO2)m OCa+ + H+(1)

常用于改性的阴离子表面活性剂有高级脂肪酸及其盐。李晓娥用月桂酸钠改性TiO2[18],章正熙用脂肪酸盐改性CaCO3[19]。杜振霞将有机酸改性的碳酸钙加入聚酯氨基漆中,漆柔韧性、硬度、流平性及光泽均优于未改性的碳酸钙[20]。用于改性的阳离子表面活性剂有高级胺及其盐,有伯胺(RNH2)、仲胺(R2NH)、叔胺(R3N)、季铵盐。用于改性的非离子表面活性剂有硅油类、脂肪醇聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚等。实际应用中可将不同的表面活性剂混用。王伟用油酸和硬酯酸的混合水溶液改性Fe3O4[21]。周吉高用己二酸和硬脂酸对纳米氧化锆陶瓷粉体进行表面改性使粉体表现出良好的流动性[22]。刘颖用非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂混合改性Fe3O4[23]。

一些有机大分子物质也可很好地吸附于纳米颗粒表面而使其改性。刘阳桥研究了纳米粒子在大分子水溶液中的稳定分散情况[24,25]。Yong Zhang使聚乙烯醇和叶酸吸附在超顺磁性磁纳米颗粒表面增加其与某些特定细胞(如癌细胞)的相容性而能被其吸收,用于癌症的诊断和治疗[26]。

1.2 利用沉淀反应包覆改性

控制一定条件使在纳米材料表面形成沉淀包覆物,而后经洗涤、脱水、干燥、焙烧等工序使包覆层固定在颗粒表面。例如,Al2O3沉淀物可提高纳米粒子的等电点pH值,使其在更广泛的pH值范围内可吸附阴离子表面活性剂而获得有机化改性[27,28]。Sabbides用磷酸酯与CaCO3纳米粒子表面钙离子反应,生成磷酸盐沉淀包覆于颗粒表面,改善了颗粒的分散性和亲油性[29]。Kim Do Su用氟硅酸在CaCO3表面吸附了一层无定形的二氧化硅和氟化钙,这种复合物薄层大大提高了碳酸钙的耐酸能力[30]。所有影响沉淀反应的因素及后续处理工序都影响改性效果。

1.3 利用脂肪酸和表面羟基反应改性

氧化物表面总是存在羟基,可以和脂肪酸中的羧基发生类似酯化反应,

H2O

+(2)事实上,脂肪酸和纳米粒子之间的相互作用既存在物理吸附也存在化学反应。在低温水溶液中时以物理吸附为主,在高温有机溶剂中时以化学反应为主。李晓娥用月桂酸钠改性TiO2[18]、王伟用油酸和硬酯酸的混合水溶液改性Fe3O4[21]、章正熙用脂肪酸盐改性CaCO3[19]等都采用低温水溶液体系(40℃),余爱萍用硅油表面活性剂、皂盐、脂肪酸改性ZnO也是采用低温水溶液体系[31]。而徐存英用硬脂酸改性TiO2采用了甲苯溶液体系,温度为100℃的高温[32]。李燕用硬酯酸的甲苯溶液改性氧化锆时温度亦为100 ℃[33]。

1.4 利用醇和表面羟基反应改性

醇羟基可以和纳米粒子的表面羟基发生缩水反应,除去生成的水可使平衡向右移动。故可利用高沸点醇与纳米氧化物共热使反应得以实现,如式(3),

H2O

+(3)最有效的是伯醇,其次是仲醇。林安用高沸点醇在加热条件下和TiO2反应而改性,改性后的纳米TiO2在环己烷中分散良好[34]。沈钟等用正庚醇或正辛醇改性硅胶[35]。表面酯化度越高,憎水性越强。缺点

是酯基易水解,且热稳定性差。但醇的价格便宜。

1.5 利用异氰酸酯和表面羟基反应改性

异氰酸酯中的-NCO基团可与氧化物纳米表面羟基发生如下反应,

(4)

钱翼清利用甲苯二异氰酸酯(TDI)在无水甲苯溶液中并通N2保护下和SiO2反应制得的改性SiO2[36]。Hassan Mahfuz用多异氰酸苯酯改性纳米SiC和TiO2制备聚氨酯泡沫[37]。

1.6 使用偶联剂

常用的偶联剂有硅烷类偶联剂和钛酸酯偶联剂。

硅烷偶联剂反应力强,和颗粒表面结合紧。若用三甲基氯硅烷处理SiO2,其反应过程为:

3HCl

+(5)二氧化硅的表面亲水羟基转变为憎水的三甲基硅氧基。无水条件下偶联剂直接和表面羟基反应,而在有水时偶联剂既可和羟基的反应,同时又会水解,水解产物会聚合形成网状结构的膜覆盖在粒子表面。就表面憎水性而言,六甲基二硅烷效果更好[38]。

对含硅酸较多的石英粉、粘土、硅灰石、水铝石等酸性矿物,选用硅烷偶联剂效果好。对不含游离酸的碳酸钙等碱性矿物,效果差些。沈钟、邵长生等研究了苯基三氯硅烷、甲基三氯硅烷、六甲基二硅烷对白炭黑(SiO2)的改性情况[39,40]。周树学用硅烷偶联剂改性纳米SiO2制高固体分丙烯酸复合树脂涂膜[41]。Jeanette研究了偶联剂改性CaCO3对PP/HDPE混合物的影响[42]。

钛酸酯偶联剂是美国Kenrich石油化学公司于70年代中期开发的一类新型偶联剂,按化学结构分为:单烷氧基型、螯合型、配位型。例:异丙氧基三异硬脂酸钛(i-C3H7OTi[OCO(CH2)14CH(CH3)2]3)与纳米粒子的作用机理如下:

3

(6)

一般单烷氧基型耐水性较差,不适合吸水量较高的无机纳米材料。而螯合型则耐水性好,可适用于吸水量较高的无机纳米材料。马正先用钛酸酯偶联剂改性氧化锌[43],瞿雄伟用钛酸酯偶联剂改性碳酸钙充填PVC[44],林美娟用铝酸酯偶联剂改性碳酸钙并和天然橡胶复合[45]。

2 化学改性法的发展

随着纳米材料应用范围的扩大,对分散的研究已越来越多地由水相转向有机相。现在的很多研究表明,纳米颗粒不仅要在有机相中分散好而且要与有机大分子结合力强,复合材料的性能才会大幅度的提高。化学改性已由添加物理吸附型改性剂转向反应接枝型,而且越来越多地选用带活性官能团的改性剂以便于和有机分子反应,这样既起到了改性分散的作用又增加了颗粒与有机大分子间的结合力。为了取得好的改性效果,可同时使用几种改性剂使之具有协同效应。

2.1 表面接枝聚合大分子

通过在颗粒表面化学接枝上有机大分子既可阻止颗粒的接触团聚,又增加了无机相和有机相间的结合力。利用自由基聚合反应可在纳米颗粒表面高活性点原位聚合接枝[46~48],采用的聚合物单体可以是丙烯酸酯类或乙烯类的高活性单体[49,50]。钱家盛用二氯亚砜和纳米二氧化硅反应将-Cl基团引入SiO2表面,再与叔丁基过氧化氢反应引入-OO -基团,利用其分解为自由基引发甲基丙烯酸甲酯的聚合反应而使纳米二氧化硅接枝改性[51]。也可先用带功能基团(比如双键基团)的偶联剂和纳米颗粒作用,然后进行聚合反应扩链[52]。还可先用带功能基团的酸、醇、异氰酸酯等和颗粒表面羟基反应,如:多元羧酸、多元醇、多异氰酸酯或含有双键的这些物质,再利用接枝上的功能基进行聚合反应而扩链。例如,多异氰酸酯和表面羟基反应,剩余高反应活性的-NCO基团还可继续与含-NH2、-COOH、-OH基团的有机聚合物反应,这样可通过多异氰酸酯把无机纳米粒子和有机聚合物连接起来。

(7)

Qing Liu[53]先用己二异氰酸酯和纳米羟基磷灰石反

应,再接枝引入聚乙二醇,改性羟基磷灰石和有机物复合用于人造骨骼。

若改性剂含有不饱和双键,在和基体树脂复合时,由于残余引发剂的作用或热化学作用,双键打开,可和基体树脂发生接枝、交联等一系列化学反应。因此,改性的同时在颗粒表面引入功能性基团可使纳米粒子和高聚物更好地结合。H.-J. Gl?sel用带有聚合活性双键基团的三烷氧基硅烷使金属纳米粒子有机化,辐射固化于有机树脂中改善涂层性能[54]。

2.2 采用复合改性剂

每一种化学改性剂都有其优缺点,有时候采用几种改性剂复合可取到协同作用。李晓用硬脂酸钠和磷铝酸酯对纳米碳酸钙进行复合包覆改性[55],Gy Bertalan[56]采用有机酸反应性改性剂和反应性协同剂改性纳米CaCO3,改性剂长链非极性端含不饱和双键,极性端含羧基和酸酐基团。

2.3 研制多官能团的超分散剂

高性能的改性剂是保证纳米分散的前提。单官能团分散剂常常难以达到分散的要求,开发研究具有多种活性官能团的超分散剂是研究的一大趋势[57]。带特殊功能基团的分散剂甚至还可改变纳米颗粒的性质[58]。

2.4 纳米制备和改性同时进行

在制备的同时改性可更好地避免颗粒在改性前可能发生的团聚。在生成纳米颗粒的反应中加入改性剂,生成的纳米粒子即是有机化改性的。李国栋在制备纳米ZnO过程中加入表面活性剂改性ZnO 使之无团聚化[59]。邹玲在用溶胶凝胶法制纳米TiO2中加入了硬脂酸,水和硬脂酸在TiCl4水解反应中发生竞争,凝胶粒子吸附硬脂酸,纳米TiO2的制备和改性同时进行[60]。如果使该反应和有机聚合反应同时进行,则有机聚合物网络会贯穿并包覆凝胶粒子。吴志申采用乳液聚合的方法使钛酸酯水解聚合和苯乙烯聚合同时进行得到了复合纳米粉末[61]。SiO2纳米也可通过溶胶凝胶法制备,也可利用该法有机化改性[62~64]。刘雪宁用醋酸锌和氢氧化钠的乳化液进行沉淀反应制得了改性的纳米ZnO,该过程中形成沉淀的同时吸附了表面活性剂而直接获得了改性粒子[65]。陈爽通过共沉淀竞争反应制备了表面为双十六烷基二硫代磷酸吡啶盐(Py–DDP)修饰的无机ZnS和PbS纳米微粒[66~68],在有机溶剂中分散良好,可作为抗磨损剂添加入液体石蜡中。

3 表面改性的应用

纳米粒子具有特殊的光、电、磁、热、力学及化学等特性,在利用纳米粒子的这些特殊性质对材料的光学、电学、磁学、热学、力学、化学性能进行改性设计时首先要对纳米颗粒进行改性,使之与材料基体能很好地结合。目前,纳米粒子改性的应用较多的主要有以下几个方面:

(1) 润滑和表面修复[69~74]。改性后的纳米颗粒添加到润滑油中不仅可降低摩擦因数,具抗磨作用,且对受磨损的表面可起到修复作用。有时候用纳米技术修复的表面性能甚至超过了原来的表面。

(2) 涂料[75,76]。改性纳米颗粒分散性好,和树脂结合力增强。可提高涂层的机械性能和抗老化性能,还可制得功能涂料(如吸波涂料[77,78]、抗菌涂料[79,80]、自清洁涂料[81]等)。

(3) 用纳米材料改性纤维、塑料和橡胶[82~85]。无机材料稳定、刚性好,而有机材料稳定性差、柔韧性好。根据设计将它们很好地结合起来可制造出性能优异的新材料,首先是要能很好地改性无机纳米颗粒。

(4) 催化剂。有时候经过特殊化学改性和复合后的纳米颗粒可起到敏化作用[86]。

(5) 生物工程材料。改性是为了提高与生物基体的相容性[87]。

(6) 功能材料。一些具有特殊的光、电、磁性质的材料可用于一些特殊场合[88,89]。

4 结论

化学改性可防止纳米颗粒的团聚。当将无机纳米颗粒应用于有机介质中时,对颗粒的有机化改性还可增加纳米颗粒与有机介质的相容性。化学改性利用了纳米颗粒的表面吸附作用以及表面活性进行化学反应。化学改性的方法有:① 利用表面活性剂或有机大分子物质改性;② 利用包覆沉淀改性;③ 用脂肪酸改性;④ 用醇改性;⑤ 用异氰酸酯改性;⑥ 用偶联剂改性;⑦ 利用聚合反应接枝改性等。有时候可采用几种改性剂起到复合协同作用。在制备纳米材料的同时进行原位改性可更好

地防止团聚的发生。化学改性方法简便易行,应用广泛。

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作者地址:武汉市武汉大学资源与环境科学学院材料保护研究室 430079

Tel:(027)68772483 Fax:(027)68772483

E-mail:chenyh@https://www.docsj.com/doc/9417071184.html,

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作者地址: 广东省肇庆市风华路18号 526020

风华高新科技股份有限公司冠华公司

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全国第四届纳米材料和技术应用会议(征文通知) 由中国材料研究学会和山东省科学技术厅主办的全国第四届纳米材料和技术应用会议将于2005年9月16~20日在山东烟台召开。征文内容:纳米材料和技术创新研究;纳米材料和技术在能源环境、健康医药、安全和高技术等领域的应用;纳米材料技术与传统产业升级,纳米产品、技术标准、稳定性评价等相关问题。联系方式:北京市海淀区紫竹院路62号4102室(100044);联系人:张若岩、王亚莉;Tel:(010)68722031;E-mail:cmrssec@https://www.docsj.com/doc/9417071184.html,

纳米技术在高分子材料改性中的应用

纳米技术在高分子材料改性中的应用 (南通大学化学化工学院高分子材料与工程132 朱梦成1308052064 ) [摘要] 纳米材料及其技术是随着科技发展而形成的新型应用技术。纳米材料的研究是从金属粉末、陶瓷等领域开始的,现已在微电子、冶金、化工、电子、国防、核技术、航天、医学和生物工程等领域得到广泛的应用。近年来将纳米材料分散于聚合物中以提高高分子材料性能的研究也日益活跃,并取得了许多可观的成果。 [关键词] 纳米技术;高分子材料;改性;应用 1纳米粒子的特性及其对纳米复合材料的性能影响 1.1纳米粒子的特性 纳米粒子按成分分可以是金属,也可以是非金属,包括无机物和有机高分子等;按相结构分可以是单相,也可以是多相;根据原子排列的对称性和有序程度,有晶态、非晶态、准晶态。由于颗粒尺寸进入纳米量级后,其结构与常规材料相比发生了很大的变化,使其在催化、光电、磁性、热、力学等方面表现出许多奇异的物理和化学性能,具有许多重要的应用价值。 1.1.1表面与界面效应 纳米微粒比表面积大,位于表面的原子占相当大的比例,表面能高。由于表面原子缺少邻近配位的原子和具有高的表面能,使得表面原子具有很大的化学活性,从而使纳米粒子表现出强烈的表面效应。利用纳米材料的这种特点,能与某些大分子发生键合作用,提高分子间的键合力,从而使添加纳米材料的复合材料的强度、韧性大幅度提高。 1.1.2小尺寸效应 当超细微粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,晶体周期性的边界条件将被破坏,导致其磁性、光吸收、热、化学活性、催化性及熔点等发生变化。如银的熔点为900℃,而纳米银粉的熔点仅为100℃(一般纳米材料的熔点为其原来块体材料的30%~50%)。应用于高分子材料改性,利用纳米材料的高流动性和小尺寸效应,可使纳米复合材料的延展性提高,摩擦系数减小,材料表面光洁度

(完整版)纳米抗菌材料国内外研究现状

1.国内外研究现状和发展趋势 (1)多尺度杂化纳米抗菌材料的国内外研究进展 Ag+、Zn2+和Cu2+等金属离子具有抗菌活性,且毒性小、安全性高而被广泛用作抗菌剂使用。但是,由于其存在易变色、抗菌谱窄、长效性差、耐热性和稳定性不好等缺点而成为其进一步发展的障碍。相比而言,纳米银、纳米金、纳米铜、纳米氧化锌等纳米材料则可以在一定程度上克服这些问题。例如纳米银,在抗菌长效性和变色性方面均比银离子(多孔纳米材料负载银离子)抗菌剂有显著改善,而且其毒性也更低(Adv. Mater. 2010);关于其抗菌机理,被认为是纳米银释放出银离子而产生抗菌效果(Chem. Mater 2010,ACS Nano 2010)。纳米金也有类似的效果(Adv. Mater. Res.2012),尽管活性比纳米银稍差,但其对耐药菌株表现出良好的抗菌活性(Biomaterials 2012)。铜系抗菌材料可阻止“超级细菌”(NDM-1)的传播(Lancet Infec.Dis. 2010)。活性氧化物是使用时间最长、使用面最广泛的一类长效抗菌剂,其中氧化锌是典型代表,特别是近年来随着纳米技术的发展,一系列低维结构氧化锌的出现,为氧化锌系抗菌材料提供了极大的发展空间,由于其良好的安全性,氧化锌甚至可用于牙科等口腔材料(Wiley Znter Sci.,2010)。本项目相关课题组多年的研究发现,ZnO的形貌差异、结构缺陷和极化率等都会影响其抗菌活性(Phys. Chem. Chem. Phys. 2008);锌离子还可以与多种成分杂化,产生协同抗菌活性而提高其抗菌性能(Chin. J. Chem. 2008, J. Rare Earths 2011)。 利用杂化纳米材料结构耦合所带来的协同作用提高纳米材料的抗菌活性是近年来的研究热点。例如:纳米铜与石墨烯杂化体系中存在显著的协同抗菌作用(ACS Nano2010)。用络氨酸辅助制备的Ag-ZnO杂化纳米材料,表现出良好的抗菌和光催化性能(Nanotechnology 2008);但是Ag的沉积量过大,催化活性反而有所降低(J. Hazard. Mater. 2011)。以壳聚糖为媒质,通过静电作用合成得到均匀的ZnO/Ag纳米杂化结构,结果显示,ZnO/Ag纳米杂化结构比单独的ZnO 和单独纳米Ag的抗菌活性都高,表现出明显的协同抗菌作用(RSC Adv. 2012)。Akhavan等用直接等离子体增强化学气相沉积技术,结合溶胶-凝胶技术把锐钛

超声波纳米表面改性的微凹表面及其摩擦学效应(1)

超声波纳米表面改性的微凹痕表面及其摩擦学效应 摘要 众所周知,凹痕表面可以提高摩擦学特性。本研究的根本目的是超声波纳米表面改性技术(UNSM)形成微凹表面的演示过程,并评估其摩擦学特性的影响。在磁盘上进行球测试,以揭示机制和微凹表面影响。UNSM处理表面和地面进行比较,UNSM处理的表面摩擦系数已经减少了约25%,这对于配合改善表面摩擦学性能是一个有意义的现象。UNSM 处理表面磨损体积损失也被降低了约60%。利用扫描电子显微镜和表面粗糙度轮廓测量研究磨损表面。 2011爱思唯尔B.V.保留所有权利关键词:超声波纳米表面UNSM修改过程微型凹陷滑动摩擦系数滑动磨损 1.引言 技术实践的今天,特别是在弹簧制造,汽车及航空航天等行业,没有机械表面处理工艺流程是很难想象的。为了提高摩擦学性能和防止组件和机械部件的机械故障所有的表面处理工艺都被用上了。组件的机械故障,特别是摩擦故障,如摩擦和磨损相关的故障,都是如今不可用的主要的原因之一,这就是为什么这些现象都提升了对摩擦学兴趣。近日,表面纹理已被引入到微观尺度的水平上来提高摩檫学的摩擦和磨损。相关研究主要通过实验来展开。这些研究,例如,检查一个扁平的钢球和一激光纹理钢盘之间的摩擦,通过该微磁盘上的凹陷的正面影响,得出具有较高的滑动速度下情况更加明显[1]。在另一个研究工作中,研究了不同种类的微凹陷表面粗糙度,这表明,不同表面纹理的摩擦系数差别很大[2]。这些研究为降低微凹陷表面的摩擦和磨损率提供洞察机制。然而,有关微凹表面对摩擦学特性的影响的实验通常是耗时的,并且实验结果的客观变化取决于实验条件,从实验中归纳微凹表面的结论,遇到了一些困难[3]。 表面纹理对机械部件的摩擦特性的改善是一个有吸引力的方法。微凹配合表面的摩擦学以各种形式,大小和形状的研究工作已经在世界各地用各种方法使微凹表面技术开展开来,如喷丸,离子束纹理,激光表面纹理等等。今后,除了这些技术,UNSM技术已被应用于各种机械部件[4-6]。Nakano等。[7]报道的摩擦系数增加或减少取决于微观纹理图案的几何形状,凹坑图案纹理导致比其他图案纹理摩擦系数低,如槽和网格图案纹理。 相关的结果表明,较低的摩擦系数可以被获得,因为微凹坑的影响导致更大的配合面之间的分离。微凹陷性能的提高主要归因于UNSM处理表面的微凹陷扮演了润滑剂水库和帮助促进保留配合面之间的润滑薄膜的重要角色,从而降低摩擦和磨损率。值得称道的作品,以及前面提到的研究,对于提高配合面的摩擦学和机械性能的改善有很大帮助。

纳米碳酸钙

纳米碳酸钙 纳米碳酸钙又称超微细碳酸钙。标准的名称即超细碳酸钙。纳米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业主要应用于高档塑料制品。可改善塑料母料的流变性,提高其成型性。用作塑料填料具有增韧补强的作用,提高塑料的弯曲强度和弯曲弹性模量,热变形温度和尺寸稳定性,同时还赋予塑料滞热性。纳米碳酸钙用于油墨产品中体现出了优异的分散性和透明性和极好的光泽、及优异的油墨吸收性和高干燥性。纳米碳酸钙在树脂型油墨中作油墨填料,具有稳定性好,光泽度高,不影响印刷油墨的干燥性能.适应性强等优点。 北方最大的纳米碳酸钙生产基地 盖尔克斯(Gerks)年产纳米碳酸钙系列产品12万t,其中纳米碳酸钙5万t,纳米碳酸钙助剂2万t,亚纳米碳酸钙3万t,造纸涂布碳酸钙2万t。产品广泛应用于各种胶黏剂、PVC软硬制品、电线电缆、涂料、油墨、造纸、医药等工业领域。 纳米碳酸钙的应用范围纳 米碳酸钙应用最成熟的行业是塑料工业主要应用于高档塑料制品。 造纸业是纳米碳酸钙最具开发潜力的市场。目前,纳米碳酸钙还主要用于特殊纸制品,如女性用卫生巾、婴儿用尿不湿等。纳米活性碳酸钙作为造纸填料具有以下优点:高蔽光性、高亮度、可提高纸制品的白度和蔽光性;高膨胀性,能使造纸厂使用更多的填料而大幅度降低原料成本;粒度细、均匀,制品更加均匀、平整;吸油值高、

能提高彩色纸的预料牢固性. 纳米碳酸钙在涂料工业作为颜料填充剂,具有细腻、均匀、白度高、光学性能好等优点。纳米级超细碳酸钙具有空间位阻效应.在制漆中,能使配方中密度较大的立德粉悬浮,起防沉降作用.制漆后,漆膜白度增加,光泽度高,而遮盖力却不降低,主要用于高档轿车漆。 橡胶工业纳米碳酸钙的主要应用市场之一。添加钠米碳酸钙的橡胶,其硫化胶升长率、撕断性能、压缩变形和耐屈性能,都比添加一般碳酸钙的高。加入用树脂酸处理的纳米碳酸钙后,有的豫胶制品撕裂强度提高4倍以上纳米碳酸钙在饲料行业中可作为补钙剂,增加饲料含钙量;在化妆品中使用,由于其纯度高、白度好、粒度细,可以替代钛白粉。 纳米活性碳酸钙的工业制备方法。该方法在一定浓度的Ca(OH)2的悬浮液中通入二氧化碳气体进行碳化。通过对Ca(OH)2悬浮液的温度、二氧化碳气体的流量控制碳酸钙晶核的成核速率;在碳化至形成一定的晶核数后,由晶核形成控制转化为晶体生长控制,此时加入晶形调节剂控制各晶面的生长速率,从而达到形貌可控;继续碳化至终点加入分散剂调节粒子表面电荷得均分散的立方形碳酸钙纳米颗粒;然后将均分散的立方形纳米碳酸钙颗粒进行液相表面包覆处理。所获得的纳米活性碳酸钙粒子在25~100nm之间可控,立方形,比表面大于25m2/g,粒径分布GSD为1.57,吸油值小于28g/100gCaCO3,且无团聚现象。所获得的产品性能优异,可作为高档橡胶、塑料以及汽车底漆中的功能填料。

粉体表面改性复习要点(精简版)

第2章 纳米粉体的分散 1.粉体分散的三个阶段(名词解释) 润湿 是将粉体缓慢加入混合体系形成的漩涡,使吸附在粉体表面的空气或其它杂质被液体取代的过程。 ?解团聚 是指通过机械或超声等方法,使较大粒径的聚集体分散为较小颗粒。 ?稳定化 是指保证粉体颗粒在液体中保持长期的均匀分散 2.常用的分散剂种类 (1)表面活性剂 空间位阻效应 (2)小分子量无机电解质或无机聚合物 吸附--提高颗粒表面电势 (3)聚合物类(应用最多) 空间位阻效应、静电效应 (4)偶联剂类 3.聚电解质(名词解释) 是指在高分子链上带有羧基或磺酸基等可离解基团的水溶性高分子 4.对不同pH 值下PAA 在ZrO 2表面的吸附构型进行分析。 图.不同pH 值下PAA 在ZrO 2 表 面的吸附构型 a.当pH<4时,PAA 几乎不解离,以线团方式存在于固液界面上,吸附层很薄,几乎无位阻作用 δ δδ

b.随pH值增加,链节间静电斥力使其伸展开 c.ZrO2表面电荷减小直至由正变负,PAA的负电荷量增加,其间斥力增加, 使得PAA链更加伸展,可在较远范围提供静电位阻作用 5.用聚电解质分散剂分散纳米粉体时,影响浆料稳定性的各种因素有哪些? 1、聚电解质的分子量 当聚电解质分子量过小,在粉体表面的吸附较弱,吸附层也较薄,影响位阻作用的发挥。 分子量过大,易发生桥连或空位絮凝,使团聚加重,粘度增加。 2、分散剂用量 适宜的分散剂用量才可以使分散体系稳定。 用量过低,粉体表面产生不同带电区域,相邻颗粒因静电引力发生吸引,导致絮凝。 用量过高,离子强度过高,压缩双电层,减小静电斥力;同时,还易发生桥连或空缺絮凝,稳定性下降。 3、温度 研究表明,为了获得较好的分散效果(以最低粘度为衡量标准),随温度的升高,所需分散剂的用量随之增加 6.结合下图,分析煅烧为什么能够改善纳米Si3N4粉体的分散性? 煅烧改善纳米Si3N4粉体的可分散性 ?此前提到,球磨可有效降低粉体的粒度。但球磨过程可能造成分散介质与粉体发生化学反应。 ?以乙醇为介质球磨Si3N4粉体时,表面的Si-OH可能与乙醇反应生成酯。 ?酯基的生成对粉体的分散性影响很大: a、酯基是疏水基团 b、屏蔽负电荷,影响分散剂的吸附 ?采取煅烧去除酯基,可改善其分散性 第3章纳米粉体表面改性(功能化) 1.表面改性有哪些重要应用? 改善纳米粉体的润湿和附着特性。 改善纳米粉体在基体中的分散行为,提高其催化性能。 改善粉体与基体的界面结合能等。 2.纳米粉体的表面改性方法? 气相沉积法 机械球磨法 高能量法

纳米材料的发展及研究现状

纳米材料的发展及研究现状 在充满生机的21世纪,信息、生物技术、能源、环境、先进制造技术和国防的高速发展必然对材料提出新的需求,元件的小型化、智能化、高集成、高密度存储和超快传输等对材料的尺寸要求越来越小;航空航天、新型军事装备及先进制造技术等对材料性能要求越来越高。新材料的创新,以及在此基础上诱发的新技术。新产品的创新是未来10年对社会发展、经济振兴、国力增强最有影响力的战略研究领域,纳米材料将是起重要作用的关键材料之一。 纳米材料和纳米结构是当今新材料研究领域中最富有活力、对未来经济和社会发展有着十分重要影响的研究对象,也是纳米科技中最为活跃、最接近应用的重要组成部分。近年来,纳米材料和纳米结构取得了引人注目的成就。例如,存储密度达到每平方厘米400g的磁性纳米棒阵列的量子磁盘,成本低廉、发光频段可调的高效纳米阵列激光器,价格低廉高能量转化的纳米结构太阳能电池和热电转化元件,用作轨道炮道轨的耐烧蚀高强高韧纳米复合材料等的问世,充分显示了它在国民经济新型支柱产业和高技术领域应用的巨大潜力。正像美国科学家估计的“这种人们肉眼看不见的极微小的物质很可能给予各个领域带来一场革命”。 纳米材料和纳米结构的应用将对如何调整国民经济支柱产业的布局、设计新产品、形成新的产业及改造传统产业注入高科技含量提供新的机遇。研究纳米材料和纳米结构的重要科学意义在于它开辟了人们认识自然的新层次,是知识创新的源泉。由于纳米结构单

元的尺度(1~100urn)与物质中的许多特征长度,如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿势垒厚度、铁磁性临界尺寸相当,从而导致纳米材料和纳米结构的物理、化学特性既不同于微观的原子、分子,也不同于宏观物体,从而把人们探索自然、创造知识的能力延伸到介于宏观和微观物体之间的中间领域。在纳米领域发现新现象,认识新规律,提出新概念,建立新理论,为构筑纳米材料科学体系新框架奠定基础,也将极大丰富纳米物理和纳米化学等新领域的研究内涵。世纪之交高韧性纳米陶瓷、超强纳米金属等仍然是纳米材料领域重要的研究课题;纳米结构设计,异质、异相和不同性质的纳米基元(零维纳米微粒、一维纳米管、纳米棒和纳米丝)的组合。纳米尺度基元的表面修饰改性等形成了当今纳米材料研究新热点,人们可以有更多的自由度按自己的意愿合成具有特殊性能的新材料。利用新物性、新原理、新方法设计纳米结构原理性器件以及纳米复合传统材料改性正孕育着新的突破。1研究形状和趋势纳米材料制备和应用研究中所产生的纳米技术很可能成为下一世纪前20年的主导技术,带动纳米产业的发展。世纪之交世界先进国家都从未来发展战略高度重新布局纳米材料研究,在千年交替的关键时刻,迎接新的挑战,抓紧纳米材料和柏米结构的立项,迅速组织科技人员围绕国家制定的目标进行研究是十分重要的。纳米材料诞生州多年来所取得的成就及对各个领域的影响和渗透一直引人注目。进入90年代,纳米材料研究的内涵不断扩大,领域逐渐拓宽。一个突出的特点是基础研究和应用研究的衔接十分紧密,实验室成果的转化速度之快出乎人们预料,基

改性二氧化钛纳米材料的研究进展

云南化工Yunnan Chemical Technology Apr.2018 Vol.45,No.4 2018年4月第45卷第4期 半导体光催化材料能够直接利用太阳光将水中的有机污染物降解为无毒的二氧化碳和水,且不造成二次污染,受到人们广泛关注。TiO2半导体光催化材料因其具有良好的化学稳定性、高效的光催化效率以及无毒无害、环境友好和生产成本低等优点倍受人们的青睐。为充分利用太阳光降解各类污染物,提高TiO2光催化性能,使其能够在实际应用中充分发挥自身的优势,研究人员对TiO2光催化材料进行改进,结果表明掺杂对于TiO2光催化过程中存在的禁带宽度大、量子产率低、光催化活性低等缺点有显著的改善,但也各自存在着一些不足。文章就近年来TiO2掺杂改性方面的最新研究进展进行综述。 1 金属掺杂[1] 于晓彩等[2]在TiO2中掺杂Li+,研究发现,掺杂Li+能明显提高TiO2的结晶度,从而提高了样品的光催化性能。当Li+掺杂量为5%时,样品为锐钛矿型和金红石型的混合晶型,有效提高了可见光的利用率以及光催化活性。谭昌会等[3]采用溶胶-凝胶法制备了Al3+掺杂TiO2光催化剂,研究其对亚基蓝污染物的降解率,研究表明,当Al3+掺杂量为1%时,降解效率最佳。晁显玉等[4]制备了纳米Cu2+/TiO2光催化剂,研究其对头孢类污染物阿莫西林的降解效率。发现Cu2+掺杂,有效提高了对紫外线的吸收性能,提高了光能的利用率。Cu2+/TiO2光催化剂光吸收范围的扩展程度优于Fe3+/TiO2光催化剂[5]。 2 非金属掺杂 Sato等[6]率先开始了非金属掺杂TiO2光催化剂的研究,他们从氧化氮气体中分解出了氮气,并且把它导入了TiO2。王志宇[7]等采用水热法制备了S掺杂 TiO2光催化剂,研究了其在可见光下对甲基橙的降解率,结果表明,S的掺杂有效拓展了 TiO2的吸收光谱至可见光区,有效提高了其在可见光区的光催化性能。夏勇[8]等制备了N/TiO2光催化剂,研究发现氮掺杂使TiO2的吸收带发生明显红移,在自然光照下,120min时降解率为95.4%。 3 稀土离子掺杂 镧系稀土元素具备独特的电子结构、光学性质以及活泼的化学活性,在对TiO2的能带结构、晶体结构以及光吸收性能等方面进行改性时,稀土元素是一个理想的选择。刘丽静[8]利用溶胶-凝胶法制备了Dy3+掺杂TiO2复合光催化剂,发现掺杂少量稀土离子能细化晶粒,同时具有良好的热稳定性。徐晓虹等[9]制备了Y3+掺杂TiO2纳米粉体,研究表明,掺杂Y3+有效降低了禁带宽度,发生红移现象,且光催化记得平均粒径随着掺杂量的增加而减小。薛寒松等[10]合成了Ce3+掺杂TiO2纳米管,通过与未掺杂TiO2纳米管相比,光催化效果明显提高。光照150min后,甲基橙的降解率超过了80%。 4 共掺杂 近年来,多种与非金属共掺杂 TiO2引起人们的研究兴趣。刘元[11]等采用Fe3+-Ce4+复合掺杂改性 TiO2光催化剂处理真丝产品的印染废水,结果表明,Fe3+-Ce4+共掺杂TiO2光催化剂处理后废水去色率为 98.7%,COD去除率为70%,比单一元素的改性处理工艺更加有效。江鸿等[12]合成了Fe、N共掺杂的TiO2纳米粉体,其对可见光的响应范围明显大于纯TiO2,禁带宽度减少至2.74 eV,使其在可见光下的催化活性显著提高。双元素掺杂比单元素掺杂优越,是因为双元素掺杂克服了单一元素掺杂中总速率仍为较慢的界面反应所控制的弊端,使两个界面反应的速度同时加快保证了整个光催化反应的加快和完善,对污染物种类多,含有毒成分的废水有着良好的处理效果。 5 展望 随着人们对改性纳米 TiO2光催化材料研究的深入,制备出了不同离子掺杂的改性纳米 TiO2 光催化材料,改善了最初二氧化钛光催化材料催化效率低、太阳光光谱利用率低等问题。但是,改性纳米 TiO2 光催化材料在一定程度上仍然无法避免光催化剂制备工艺复杂、成本高、易于团聚等问题。因此,深入理论探讨、优化反应工艺,制备出低密度、光利用率高的催化剂成为当今研究的重点和热点。同时,降低粒子尺寸,提高重复利用率等也成为亟待解决的问题。 参考文献: [1] 王瑶,武志刚.银掺杂多孔氧化钛制备、表征及光催化性能探 究[J].山东化工,2016,45(7):17. [2] 于晓彩,徐晓,金晓杰,等.Li+-TiO2复合纳米光催化剂制备及 其光催化降解海产品深加工废水的研究[J].大连海洋大学学 doi:10.3969/j.issn.1004-275X.2018.04.004 改性二氧化钛纳米材料的研究进展 韩金轩,甘子萱,白美玲,毕 菲 (吉林建筑大学,吉林 长春 130118) 摘 要:TiO 2 半导体光催化材料因其具有良好的化学稳定性、高效的光催化效率以及无毒无害、环境友好和生产成本低等优点倍受人们的青睐。为在实际应用中充分发挥TiO2的优势,研究人员对TiO2光催化材料进行改进,金属,非金属,稀土元素等多种化学成分和物质都被用于TiO2的掺杂改性。文章就近年来TiO2掺杂改性方面的最新研究进展进行综述。 关键词:TiO 2 ;光催化材料;离子掺杂;改性 中图分类号:X703;TB33 文献标识码:B 文章编号:1004-275X(2018)04-006-02 ·6·

纳米碳酸钙表面改性研究进展

纳米碳酸钙表面改性研究进展 班级:S1467姓名:学号:201421801014 1前言 纳米碳酸钙是指粒径在1~100nm之间的碳酸钙产品。纳米碳酸钙是一种十分重要的功能性无机填料,被广泛地应用在塑料、橡胶、涂料和造纸等工业领域。由于碳酸钙粒子的超细化,其晶体结构和表面电子结构发生变化,产生了普通碳酸钙所不具有的表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应,显示了它优越的性能。 在塑料加工过程中添加纳米碳酸钙,不仅可以增加塑料制品的致密性,提高使用强度,而且还可以提高塑料薄膜的透明度、韧性、防水性、抗老化性等性能。在造纸工业中,碳酸钙用作造纸填料白度高,可大大改善纸张的性能,由于替代了价格较高的高岭土,使造纸厂获得明显的经济效益。纳米碳酸钙用在高级油墨、涂料中具有良好的光泽、透明、稳定、快干等特性。另外,在医药、化妆品等行业纳米碳酸钙也得到广泛应用,从而开辟了更广阔的应用领域[1,2]。 但是在用作橡胶和塑料制品填料时,由于纳米碳酸钙具有粒度小、表面能高、极易团聚、表面亲水疏油和强极性的特点,在有机介质中分散不均匀,与基料结合力较弱,容易造成基料和填料之间的界面缺陷。因此,为降低纳米碳酸钙表面高势能、调节疏水性、提高与基料之间的润湿性和结合力、改善材料性能,必须对纳米碳酸钙进行表面改性[3]。 2改性方法 目前用于表面改性的方法主要有:局部化学反应改性、表面包覆改性、胶囊化改性(微乳液改性)、高能表面改性及机械改性法[4]。 2.1局部化学反应改性 局部化学反应改性方法主要利用纳米碳酸钙表面的官能团与处理剂间进行化学反应来达到改性的目的。局部化学反应改性主要有干法和湿法两种工艺[5]。湿法是将表面改性剂投入到碳酸钙悬浮液中,在一定温度下让表面改性剂和碳酸钙粉末混合均匀,形成表面改性剂包覆碳酸钙粉末的双膜结构,效果较好,但工艺繁杂。水溶性的表面活性剂较适合湿法改性工艺,因为表面活性剂同时具有亲水基团和亲油基团,亲水基团与碳酸钙有亲和性,亲油基团与橡胶有亲和性,当表面活性剂处于碳酸钙和橡胶之间时,二者紧密地结合,这类水溶性表面活性剂主要是高级脂肪酸及其盐[6]。干法则是直接将碳酸钙粉末与表面改性剂直接投入高速捏合机中进行捏合,简单易行,出料后可直接包装,易于运输出料。这种方法得到的碳酸钙粉末表面不太均匀,适用于对碳酸钙粉末要求不高的场合,但处理方法简单易行,因而得到广泛应用。干法较适合于钛酸脂、铝酸脂、磷酸脂等偶联剂[7]。局部化学反应的改性剂主要有偶联剂、无机物、有机物等。 2.2表面包覆改性[8] 表面包覆改性指表面改性剂与纳米碳酸钙表面无化学反应,包覆物与颗粒之间依靠物理方法或范德瓦耳斯力而连接的改性方法。在制备纳米碳酸钙的溶液中加入表面活性剂,纳米碳酸钙生成的同时,表面活性剂包覆在其表面,形成均匀的纳米颗粒。此种方法可有效改善纳米碳酸钙的分散性。 2.3胶囊化改性 胶囊化改性又称微乳液改性,此种方法是在纳米碳酸钙表面包上一层其他物质的膜,使粒子表面的特性发生改变。与表面包覆改性不同的是包覆的膜是均匀的。 2.4高能表面改性 高能表面改性包括高能射线(γ射线、χ射线等)、等离子体处理几种方法[9]。

纳米碳酸钙的生产和用途

纳米碳酸钙的生产和用途 杨小红 陈建兵 盛敏钢 (池州学院非金属材料研究中心 安徽池州 247000) 摘要 碳酸钙是自然界广泛存在的一种很普通的非金属材料,也是一种传统的无机盐化工产品。近年来,随着碳酸钙的超细化及表面改性技术的发展,纳米碳酸钙制备技术及应用,已成为国内外竞相开发的研究热点。本文就有关纳米碳酸钙的主要生产技术及其应用领域作一简介。 关键词 纳米碳酸钙 生产 用途 碳酸钙(化学式为CaCO3)在自然界广泛存在,它至少有6种矿物形式[1]:无定形碳酸钙(amor2 p hous CaCO3)、球霰石(vaterite)、文石(aragonite)、方解石(calcite)、单水方解石(monohydro calcite)和六水方解石(ikaite,CaCO3?6H2O),是大理石、石灰石、白垩等天然矿物的主要成分,也是贝壳、珊瑚礁、珍珠的构成成分。在工业上,碳酸钙作为一种重要的无机盐化工产品,物美价廉。根据生产方法不同,碳酸钙分为两大类、多种型号,以满足不同行业、不同用途的需要[2]。以方解石、大理石、白垩、贝壳、石灰石等为原料经机械粉碎及超细研磨等用物理方法制取的碳酸钙粉体产品称重质碳酸钙,以GCC表示;以石灰石为原料经煅烧、消化、碳酸化、分离、干燥分级等化学方法制取的产品称轻质碳酸钙,以PCC表示。普通型的重质碳酸钙和轻质碳酸钙,通常作一般填料和白色颜料使用。 纳米碳酸钙是20世纪80年代运用纳米技术加工发展而成的一种新型轻质碳酸钙产品,粒径通常在20~100nm之间。由于碳酸钙粒子的超细化,其晶体结构和表面电子结构发生变化,产生了普通碳酸钙所不具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子效应,且粒径细而均匀、分布窄、比表面积大、表面活性及分散性好、表面能高,使其在实际使用中体现了很多普通碳酸钙材料所不具备的更加优异的性能,用途更为广泛。如可广泛大量应用于注塑、挤出、PVC型材、管材、汽车涂料、密封胶、粘结剂涂料、油墨、橡胶等行业,碳酸钙产品的附加值得到很大提高,很快引起了世界各国的普遍关注,现已成为无机非金属材料研究和企业竞争投资的热点[3]。 1 纳米碳酸钙的主要工业生产技术[4] 纳米级超细碳酸钙的粒径很小(一般为1nm~100nm),用物理方法生产纳米级超细碳酸钙很困难,特别是物理方法不能制备高活性晶形。因此,国内外都在研究化学方法,其中碳化法是生产纳米级超细碳酸钙的主要方法。纳米碳酸钙的工业化生产工艺主要有:间歇鼓泡碳化法、连续喷雾碳化法、超重力反应结晶法等。 111 间歇鼓泡碳化法 间歇鼓泡碳化法是目前国内外大多数厂家所采用的工艺。根据碳化塔中是否有搅拌装置,该法又可分为普通间歇鼓泡碳化法和搅拌式间歇鼓泡碳化法。该法是在锥底圆柱体碳化塔中加入精制氢氧化钙悬浊液和适当的添加剂,然后从塔底通入二氧化碳进行“碳化”,得到所要求的碳酸钙产品。在反应过程中需要严格控制反应条件,如碳化温度、二氧化碳流量、石灰乳浓度及搅拌速度,并加入适当的添加剂。该法投资少、操作简单,但生产不连续,自动化程度低,产品质量不稳定,主要表现在产品晶形不易控制、粒度分布不均、不同批次产品的重现性差。目前国内多数厂家采用此法来生产轻质碳酸钙。 112 连续喷雾碳化法 连续喷雾碳化法是将石灰乳用喷头喷成雾状,从塔顶喷下,将一定浓度的CO2以某一速度从塔底上升,与雾状石灰乳发生反应。一般采用三级串联碳化工艺。精制石灰乳从第一级碳化塔顶部喷雾成0101nm~011mm的液滴加入,二氧化碳从塔底通入,二者逆流接触发生碳化反应。反应混合液从塔底流出,进入浆液槽,添加适当的分散剂处理后,喷雾进入第二级碳化塔继续碳化;然后再经表面活性处理、喷雾进入三级碳化塔碳化制得粒径可达40~80nm的最终产品。该法生产效率高,碳化时间短,产品晶型、粒度容易控制,可制得优质稳定的纳米碳酸钙产品,经济效益可观,并能实现连续自动大规模生产,具有很高的科技含量,但设备投资较大。113 超重力反应结晶法 超重力反应结晶法技术的特征是以强化气液传质过程为基本出发点。其核心在于碳化反应是在超重力离心反应器(旋转螺旋或填充床反应器)中进行,利用填充床高速旋转产生的几十到几百倍重力加速度,可获得超重力场环境。通过CO2和Ca(O H)2悬浊液在超重力专用设备中逆流接触,使 ? 5 ? 2007年第10期 化 学 教 育

纳米材料改性水性聚氨酯的研究进展

纳米材料改性水性聚氨酯的研究进展 综述了纳米材料改性水性聚氨酯几种常用方法的特点和研究进展,指出了纳米材料改性水性聚氨酯存在的问题。 标签:水性聚氨酯(WPU);纳米材料;方法;改性 1 前言 近年来,随着人们环保意识的增强,水性聚氨酯(WPU)受到越来越多学者的关注。WPU是以水为分散介质的二元胶态体系,具有不污染环境、VOC(有机挥发物)排放量低、机械性能优良和易改性等优点,使其在胶粘剂、涂料、皮革涂饰、造纸和油墨等行业中得到广泛应用[1~4]。但在制备WPU过程中由于引入亲水基团(如-OH、-COOH等),因此存在固含量低,耐水性、耐热性和耐老化性差等缺陷,从而限制了其应用范围。 纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特殊性质,为各种材料的改性开辟了崭新的途径。通过纳米材料改性的WPU,其成膜性、耐水性和耐磨性等性能均得到显著提高[5]。 2 纳米材料改性WPU的方法 2.1 共混法 共混法即纳米粒子在WPU中直接分散。首先是合成各种形态的纳米粒子,再通过机械混合的方法将纳米粒子加入到WPU中。但在该方法中,由于纳米粒子颗粒比表面积大,极易团聚。为防止纳米粒子团聚,科研工作者对纳米材料进行表面改性来提高其分散性,改善聚合物表面结构以提高其相容性。 李莉[6]等利用接枝改性后的纳米SiO2和TiO2与WPU共混,制备了纳米材料改性水性WPU乳液。研究发现,纳米粒子在乳液中分散均匀,无团聚现象;改性后的WPU乳液力学性能比未改性前得到改善和提高;当纳米粒子添加量为0.5%时,WPU乳液的力学性能最佳,吸水性降低了70%,添加的纳米粒子对波长290~400 nm的紫外光有吸收。 李文倩[7]等采用硅烷偶联剂(KH560)对纳米SiO2溶胶进行表面改性,然后将其与WPU共混制备出了WPU/SiO2复合乳液,考查了改性纳米溶胶含量对复合乳液及其涂膜性能的影响。结果表明,当纳米SiO2/KH560物质的量比为6:1时,改性后的纳米SiO2溶胶的粒径最小且分布较均一。KH560的加入使纳米SiO2粒子更均匀地分散在聚氨酯乳液中,且SiO2粒子与聚氨酯乳液之间存在一定键合作用,使涂层的耐热性得到显著增强。当改性SiO2溶胶添加量为5%~10%时,涂膜的硬度、耐磨性、耐划伤性、耐水性等性能明显提高。

纳米材料国内外研究进展

纳米材料国内外研究进展 一、前言 从人类认识世界的精度来看,人类的文明发展进程可以划分为模糊时代(工业革命之前)、毫米时代(工业革命到20世纪初)、微米和纳米时代(20世纪40年代开始至今)[1]。自20世纪80年代初, 德国科学家 Gleiter[2]提出“纳米晶体材料”的概念,随后采用人工制备首次获得纳米晶体,并对其各种物性进行系统的研究以来,纳米材料已引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级(通常指1~100nm)的极细颗粒组成的固体材料。从广义上讲,纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。通常分为零维材料(纳米微粒),一维材料(直径为纳米量级的纤维),二维材料(厚度为纳米量级的薄膜与多层膜),以及基于上述低维材料所构成的固体。从狭义上讲,则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体(体材料与微粒膜)[3]。纳米材料的研究是人类认识客观世界的新层次,是交叉学科跨世纪的战略科技领域。 二、国内外研究现状 1984年德国科学家Gleiter首先制成了金属纳米材料, 同年在柏林召开了第二届国际纳米粒子和等离子簇会议, 使纳米材料成为世界性的热点之一;1990年在美国巴尔的摩召开的第一届NST会议, 标志着纳米科技的正式诞生;l994年在德国斯图加特举行的第二届NST会议,表明纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理等领域的焦点。近年来,世界各国先后对纳米材料给予了极大的关注,对纳米材料的结构与性能、制备技术以及应用前景进行了广泛而深入的研究,并纷纷将其列人近期高科技开发项目。2004年度纳米科技研发预算近8.5亿美元,2005年预算已达到10亿美元,而且在美国该年度预算的优先选择领域中,纳米名列第二位。现在美国对纳米技术的投资约占世界总量的二分之一[4]。 自70年代纳米颗粒材料问世以来,80年代中期在实验室合成了纳米块体材料, 至今已有 30多年的历史, 但真正成为材料科学和凝聚态物理研究的前沿热点是在 80年代中期以后。因此 ,从其研究的内涵和特点来看大致可划分为三个阶段[5]。 第一阶段(1990年以前)主要是在实验室探索,用各种手段制备各种材料的纳米颗粒粉体,合成块体(包括薄膜),研究评估表征的方法,探索纳米材料不同于常规材料的特殊性能。对纳米颗粒和纳米块体材料结构的研究在80年代末期一度形成热潮。研究的对象一般局限在单一材料和单相材料,国际上通常把这类纳米材料称纳米晶或纳米相材料。 第二阶段(1994年前)人们关注的热点是如何利用纳米材料已挖掘出来的奇特物理、化学和力学性能,设计纳米复合材料,通常采用纳米微粒与纳米微粒复

SnO_2纳米晶粒对α-Al_2O_3微滤膜的改性作用(英文)

硅酸盐学报 · 1444 ·2007年 SnO2纳米晶粒对α-Al2O3微滤膜的改性作用 周健儿1,胡学兵1,于云2,胡行方2,胡飞1,汪永清1,张小珍1 (1. 景德镇陶瓷学院,江西省高等学校无机膜重点实验室,江西景德镇 333001;2. 中国科学院上海硅酸盐研究所,上海 200050) 摘要:采用原位生成法,对α-Al2O3微滤膜进行SnO2改性,考察了SnCl4浓度和浸渍次数对膜水通量及膜孔结构的影响规律。结果表明:当SnCl4溶液的浓度为0.05mol/L、浸渍次数为二次时,SnO2的改性作用最佳,改性后的α-Al2O3微滤膜纯净水通量达到6.52m3/(m2·h)。同时发现,经SnO2改性后的α-Al2O3微滤膜,其孔径分布窄,具有良好的孔结构。 关键词:原位生成法;α-氧化铝微滤膜;氧化锡;水通量 中图分类号:TQ174.75 文献标识码:A 文章编号:0454–5648(2007)11–1444–04 MODIFICATION OF SnO2 NANOPARTICLES ON α-Al2O3 MICROFILTRATION MEMBRANE ZHOU Jianer1,HU Xuebing1,YU Yun2,HU Xingfang2,HU Fei1,WANG Yongqing1,ZHANG Xiaozhen1 (1. University Key Laboratory of Inorganic Membrane in Jiangxi Province, Jingdezhen Ceramic Institute, Jingdezhen 333001, Jiangxi; 2. Shanghai Institute of Ceramics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 200050, China) Abstract: α-alumina microfiltration membranes were modified using SnO2 by means of in situ synthesis. The effects of the SnCl4 concentration and dipping times on the water flux and pore structure of the modified membranes were studied. The structure of SnO2 nanoparticles was observed with a transmission electron microscope and the pore size distribution of the membranes with and without SnO2 modification was examined with a mercury injection apparatus. The results show that the flux of the modified membranes reaches 6.52m3/(m2·h) after the membranes are immersed twice in a solution of 0.05mol/L SnCl4. Meanwhile, α-alumina microfiltra-tion membranes modified twice by tin oxide nanoparticles have a narrow pore size distribution and an excellent pore structure. The mechanism of SnO2 modification is also dissussed. Key words: in situ synthesis method; α-alumina microfiltration membrane; tin oxide; water flux Inorganic membrane systems are used in many sepa-ration processes due to their lack of defects, excellent thermal stability, chemical stability and narrow pore size distribution.[1] These membranes can be generally con-sidered as two-layer systems formed by a dense and thin active layer and thick and porous support.[2] It is sup-posed that the active layer controls membrane selectivity and flux, but the porous support only slightly affects their properties.[3–4] For this reason, modification of the thin active membranes can cause changes in their transport parameters. The membrane materials, characterization methods and changes in transport parameters due to membrane fouling and aging, preservation conditions, cleaning procedures and chemical properties have been reported.[5–8] Different inorganic materials, such as Al2O3, SiO2, TiO2 and ZrO2, have been tested and used for manufac-turing commercial applications.[9–10] In the past twenty years, new types of inorganic membranes have been pre-pared along with trans-scientific techniques combined with advanced materials science.[11] The sol–gel method has been widely used to modify membrane surfaces,[10] and chemical vapor deposition (CVD) and plasma en-hanced chemical vapor deposition (PECVD) are also used to synthesize ceramic membrane, metal membrane and nitride membrane.[12] However, no many studies on chemical treatment of the membranes has been reported. Efforts to modify inorganic membranes have generally focused on searching for good membrane materials, ex-ploiting effective methods of synthesizing membrane and 收稿日期:2007–04–18。修改稿收到日期:2007–08–05。 基金项目:国家重点基础研究发展规划973预研资助项目(2004CCA- 07500),中法合作(PRA04–06)资助项目。 第一作者:周健儿(1952—),男,教授。 通讯作者:胡学兵(1979—),男,助教。Received date:2007–04–18. Approved date: 2007–08–05. First author: ZHOU Jianer (1952–), male, professor. Correspondent author: HU Xuebing (1979–), male, assistant. Email: huxueb2002@https://www.docsj.com/doc/9417071184.html, 第35卷第11期2007年11月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 35,No. 11 November,2007

纳米碳酸钙表面修饰[设计、开题、综述]

BI YE SHE JI (二零届) 纳米碳酸钙表面修饰 所在学院 专业班级高分子材料与工程 学生姓名学号 指导教师职称 完成日期年月

摘要:单纯的PP树脂是一种较硬的原料。它的熔体粘度大,流动性差,耐低温性、耐冲击性差等,这些缺点都可依靠填充和共混改性得到改善。 纳米碳酸钙具有粒度小、表面能高、表面亲水疏油和强极性的特点,且价格低廉,但在有机介质中分散不均匀,极易团据,与塑料结合力较弱,容易造成塑料和填料之间的界面缺陷。未经表面处理的纳米碳酸钙团聚现象严重,填充到PP中对复合材料的力学性能产生不良影响。 本实验旨在通过利用偶联剂处理过的纳米碳酸钙利用共混的方法把它填充到PP树脂中,使其熔体粘度降低,实现改性。 关键词:纳米碳酸钙;钛酸酯偶联剂;聚丙烯/碳酸钙复合材料;表面改性

Study on Surface Modification of Calcium Carbonate Abstract:Pure polypropylene resin is a harder material that has some characteristics,such as high Melt viscosity,poor flow properties,poor low temperature performance and poor impact resistance.Although these defects could be improved depends on filling and blending modification with powders. Nano calcium carbonate is the material that has characteristics of low size,high surface energy,strong hydrophobicity and strong polar has low price.However,it is unevenly distributed in organic solvents, easily reunion,and has low interaction with polypropylene plastic,so that it is to cause the interface between the plastic and packing defects.Nano calcium carbonate filled into PP(polypropylene) without surface treatments has Seriously Reunion will be bring negative effects on the mechanical properties of composite materials. This study was designed through the use of coupling agent treated by blending method of nano calcium carbonate filled it to the PP, to enhance the elastic modulus, melt viscosity decreases to achieve modification. Keywords: Nano-CaCO3;Polypropylene/Calcium carbonate Nanocomposites;Coupling agent;organic titanate

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