二氧化硅改性讲义

纳米二氧化硅表面改性条件优化对于用熔融共混法制备的纳米复合材料而言，无机粒子能在聚合物中作纳米级的原生粒子分散是决定材料性能改善的最重要因素之一。

粒子在塑料中分散粒径大小及分散均匀性对填充改性塑料的性能及其均匀性影响很大。

因此解决自身团聚很强的纳米粒子在材料中的分散性问题，成为制备性能优良复合材料的关键点，也是难点之所在。

纳米SiO2为无定形白色粉末，是一种无毒、无味、无污染的无机非金属材料，其呈现出絮状和网状的准颗粒结构。

由于纳米SiO2表面能大，易于团聚，通常以二次聚集体的形式存在，限制了其超细效应的充分发挥，在有机相中难以浸润和分散。

目前，对纳米SiO2的改性方法有多种，通常采用的是硅烷偶联剂法。

硅烷偶联剂由于具有双反应功能团，能使填料与聚合物的结合界面以化学键相连，从而提高填料的补强性能[2～4]。

微波是一种波长从1mm到1m左右的超高频电磁波，具有物理、化学、生物学效应。

在电磁场中，体系介质产生极化取向，相邻分子间由于分子热运动产生强烈的相互作用，极性分子产生“变极”效应，由此产生了类似摩擦作用，使极性分子瞬间获得能量，以热量形式表现出来，介质整体温度同时随之升高。

微波还存在一种不是由温度引起的非热效应，微波作用下的有机反应，改变了反应动力学，降低了反应活化能。

以上特性使得微波加热有机反应具有传统加热法所无法具备的优点，反应速度快，效率高。

本文作者采用微波法对纳米SiO2进行表面改性，考察了偶联剂用量、微波功率、硫酸用量对改性效果的影响，探讨了最佳表面改性条件，并对改性后的纳米SiO2进行了表征。

1 实验部分1.1 主要试剂与仪器纳米二氧化硅：粒径100nm，购自海川化工有限公司，硅烷偶联剂SCA-1603：分析纯，哈尔滨化工研究所实验厂产品；浓硫酸：分析纯，购自莱阳市双双化工有限公司；无水乙醇：分析纯，天津市东丽区天大化学试剂厂产品。

电脑型旋钮码微波炉：顺德市格兰仕电器实业有限公司；PHS-3C精密pH计：上海精科；TGA-7热重分析仪：美国PE公司；370FTIR红外光谱仪：德国BRUKER，*****55。

二氧化硅基材料的表面改性与应用二氧化硅是一种广泛应用于材料科学领域的重要材料之一，其独特的化学特性和物理特性使其在许多领域都有重要的应用。

为了进一步优化二氧化硅的性能，表面改性技术被广泛研究和应用。

二氧化硅基材料的表面改性涉及到对材料表面进行一系列化学或物理处理的过程，目的是改变材料表面的相关特性。

这种改性技术可以通过不同的方法实现，包括溶液法、气相法等。

在溶液法中，常见的表面改性方法包括浸渍、涂覆、溶胶凝胶法等。

通过表面改性，可以改变二氧化硅表面的化学功能团和结构，从而调控材料的亲水性、疏水性等性质。

例如，通过引入有机硅化合物对二氧化硅表面进行修饰，可以提高材料的耐热性、耐腐蚀性和抗老化性能。

此外，还可以通过改变表面的纹理结构，提高材料的机械强度和导热性能。

表面改性技术对于二氧化硅的应用具有重要意义。

比如，在光电材料领域，通过对二氧化硅表面进行改性，可以提高材料的光学性能，使其具备更好的光吸收和光散射特性，提高太阳能电池的光电转化效率。

此外，在生物医学领域，通过对二氧化硅表面进行改性，可以调控材料与生物体的相容性，提高生物材料的生物相容性和生物降解性能。

此外，表面改性技术还能够用于二氧化硅材料的功能化修饰。

通过在二氧化硅表面引入具有特定功能的化合物或生物分子，可以赋予材料特定的化学反应性、生物活性等。

例如，在传感器领域，可以在二氧化硅表面引入特定的生物分子，使材料具备对特定生物分子的识别和检测功能。

总之，二氧化硅基材料的表面改性是一项具有重要意义的研究领域。

通过对材料表面进行化学或物理处理，可以改变材料的表面性质，从而调控其在不同领域的应用性能。

未来，随着科学技术的不断进步，相信表面改性技术将在二氧化硅材料的研究和应用中发挥越来越重要的作用。

纳米二氧化硅表面改性一、本文概述纳米二氧化硅作为一种重要的无机纳米材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、良好的化学稳定性和独特的光学性质等，在众多领域如橡胶、塑料、涂料、医药、化妆品和食品工业等都有着广泛的应用。

然而，纳米二氧化硅的高比表面积和表面能导致其易于团聚，从而影响了其性能和应用。

因此，对纳米二氧化硅进行表面改性，以改善其分散性和与其他材料的相容性，一直是纳米材料领域的研究热点。

本文旨在深入探讨纳米二氧化硅表面改性的各种方法、原理及其在实际应用中的效果。

我们将首先介绍纳米二氧化硅的基本性质和应用领域，然后重点论述表面改性的重要性以及目前常用的表面改性方法，包括物理改性和化学改性两大类。

在此基础上，我们将对改性后的纳米二氧化硅的性能进行评估，并探讨其在实际应用中的潜力和挑战。

我们将展望纳米二氧化硅表面改性的未来研究方向和应用前景。

通过本文的阐述，我们希望能够为从事纳米材料研究和应用的科研人员提供有价值的参考，推动纳米二氧化硅表面改性技术的进一步发展，并为其在各领域的广泛应用提供有力支持。

二、纳米二氧化硅的表面性质纳米二氧化硅（SiO₂）是一种重要的无机纳米材料，因其独特的物理化学性质，如高比表面积、优异的热稳定性、良好的光学透明性等，在众多领域如涂料、橡胶、塑料、陶瓷、生物医药等都有着广泛的应用。

而纳米二氧化硅的表面性质，特别是其表面结构和活性，直接影响了其在这些领域的应用效果。

纳米二氧化硅的表面结构主要由硅羟基（Si-OH）构成，这些硅羟基可以是孤立的，也可以是连生的，形成硅氧烷键（Si-O-Si）。

这些硅羟基的存在使得纳米二氧化硅表面带有亲水性，易于形成氢键，从而表现出强烈的吸附性能。

同时，硅羟基也是纳米二氧化硅表面改性的关键，通过对其进行化学反应，可以引入各种有机官能团，从而改变其表面性质。

纳米二氧化硅的表面活性主要源于其高比表面积和大量的表面硅羟基。

高比表面积使得纳米二氧化硅能够与其他物质进行充分的接触和反应，而大量的表面硅羟基则提供了丰富的反应位点。

二氧化硅表面改性及其应用二氧化硅是一种广泛使用的材料，其在各种应用中都起着重要作用，包括制备催化剂、电子材料、涂料、化妆品等等。

然而，二氧化硅纳米颗粒表面的缺点也就更加突出，例如硅氧键的可反应性差，容易出现聚集现象，从而影响其化学和物理性质。

为了克服二氧化硅表面的缺点，二氧化硅表面的修饰变得越来越重要。

在这里，我们将探讨二氧化硅表面改性及其应用。

首先，我们将讨论各种常见的二氧化硅表面改性方法，以及如何通过表面改性来提高材料的性能。

然后，我们将探讨二氧化硅表面改性在一些应用中的作用，例如在电子器件、涂料、化妆品等领域中的应用。

最后，我们将简要总结未来的发展方向和研究前景。

一、二氧化硅表面改性方法对于二氧化硅来说，改善其表面化学性质的方法包括物理、化学和生物化学方法等。

已经开发出了各种方法来改善二氧化硅纳米颗粒的表面化学性质，其中包括化学修饰和吸附等技术。

化学修饰是指在纳米颗粒表面化学键形成的同时，通过共价化学反应或其他方法来改善纳米颗粒表面化学性质。

例如，磺酸化二氧化硅纳米颗粒表面上的硅氧键被磺酸基取代，从而增加了其亲水性。

另一个例子是，使用羧酸等负离子表面活性剂来修饰二氧化硅纳米颗粒表面，从而增加纳米颗粒与其他材料的悬浮度、降低表面能。

吸附法是其中一种不进行化学反应的方法。

吸附剂在二氧化硅纳米颗粒表面上通过分子静电力与一定的化学反应而捆绑。

吸附剂的种类主要有金属离子、有机分子和聚合物。

例如，硅胶表面吸附上羧酸等表面活性剂后，可提高其对水的亲和力，增加其水解性能。

另外，还有物理和生物化学方法，如固相反应、离子交换和酶处理等方法。

这些方法也能有效地改善二氧化硅纳米颗粒表面的物理和化学性质。

二、二氧化硅表面改性的应用二氧化硅表面改性可以改善其物理和化学性质，从而使其在电子器件、生物医学、催化剂，涂料和化妆品等领域有广泛的应用。

在电子材料中，二氧化硅纳米颗粒经过表面修饰后，可用于制备电子材料如薄膜晶体管、LED、染料敏化太阳能电池以及半导体领域的其他应用。

用表面活性剂改性的二氧化硅X —评用表面活性剂改性的二氧化硅，它包括用表面活性剂材料处理过約气和法二氧化硅。

2、根据杖利要求1的用表面活性剂改性的二氧化硅，其中所述的二旣化硅是一种气相法二氧化硅，其BET表面积为50 m7g-400 m7g,其松密度为10 lbs/ft^A更低。

头粮据权利要求1的用表面活性剂改性的二氧化卑’其中所述的表面活性剂选自非离子表面活性剂.阳离子表面活性剂和两怪表面活性剂。

4. 报据权利要求1的用表而活性剂改性的二氧化硅，其中所述的气相法二筑化硅臭有的50 tn7g- -500 D17g的BET表面积和10 lbs/ft'A更低的松密度*所述的表面活性剂选自非离子表面活性剂、阳离子表面活性刑和两性表面活性剂。

5. 报据权利要求$的用表面活性剂改徃的二氧化硅，其中所述的表面活性剂是高分子負的表面活性剂，选自：収官能的EOPO嵌段共聚物；四官能的EOPO嵌段共聚物；季蛭盐；乙氧基化的季铁盐；乙襄基化的线性醇；烷基酚乙軌基化物；伯、仲和叔烷基脱及其盐衍生物；或胶乙罠基化物及其盐衍生物。

眞根据权利妥求5的用表奋活性剂改桂的二氧化硅，其中所述的李盐是用下列通式表示的二烷基二甲基锲盐；CH3-N*-CH3 X-R• ■式中R是至少含有6个C原子的烷基；X是选自卤素.硝酸根.碳酸根. 磷酸根.氢氧根.竣酸根、烷基硫酸根.烷基或芳基磺酸根.磷酸根或膽酸根的离子。

7、根据权利要求5的用表面活性剂改性的二氧化硅，其中所述的聚乙氧基化的季盐是用下列通式表示的单烷基单甲恳二乙氧基化的铁盐：严R-N*-(CH2CH2O)X H X"(CH2CH2O)y H■式中R是至少含有6个C原子的烷基；(X+Y)的平均值为2-15; X是选自囱素.硝酸根、碳酸根、磷酸根、氢氧根、竣酸根.烷基硫酸根、烷基或芳基磺酸抿、磷酸根或膳酸根的濡于。

8. 根据权利妥求5的用表面活性剂改性的二氧化硅，其中所述的脱乙氧基化物是用下列通式表示的：(CH2CH2O)X H/R-N(CH2CH2O)y H式中R是至少含有6个C原子的烷基；(X+Y)的平均值为2 - 50。

二氧化硅微球气相硅烷化表面改性作者：程欣欣李洪亮来源：《科技视界》2015年第10期【摘要】本文以自制的二氧化硅微球为对象，以带氨基官能团的APTES硅烷为硅烷化试剂，对比研究了气相蒸发法和液相浸渍法两种不同方法对二氧化硅微球进行硅烷化修饰的差异，为二氧化硅微球表面硅烷化的反应控制提供了实验基础和理论依据。

【关键词】二氧化硅微球；硅烷偶联剂；硅烷化；气相蒸发【Abstract】In this paper， the silica microsphere surface was modified using gamma aminopropyltriethoxysilane （APTS） by a vaporization assisted process. The advantage of the evaporation assisted method in comparison with the simple dipping method has been demonstrated by analyzing the results.【Key words】Silica microspheres； Silane coupling agent； Silylation； Vapor evaporation0 前言二氧化硅微球由于表面具有大量羟基，亲水性强，与有机基体复合的相容性性差，难以发挥其优良的性能，必须对其表面进行有机修饰[1]。

γ-氨丙基三乙氧基硅（APTS）是一种典型的硅烷偶联剂，常用于氧化物表面的修饰，经过APTS修饰的表面含有氨基，活性氨基可以与很多分子发生反应，从而大幅度拓展和提高二氧化硅的应用性能[2]。

在生物化学领域，由于活性氨基可以与蛋白质、DNA等生物分子偶联，在生物材料分离、酶和抗体等生物分子的固定等方面有重要的应用[3]。

在化工材料领域，修饰后的二氧化硅颗粒作为补强填料添加到橡胶、塑料等材料中，能有效地提高复合基体的拉伸强度、耐磨性、流变性、抗老化等性能[4]；在催化领域，APTES修饰的二氧化硅由于其具备多孔、高比表面和表面带有活性氨基，易于分离和重复使用等特点已经成为了一种重要的催化材料[5]；在吸附检测方面，二氧化硅微球表面接上所需要的特定官能团后可用于色谱分离，控制表面修饰的方式和程度，可以改善和强化色谱分离的选择性[6]，另外，表面修饰二氧化硅微球已被成功地用于重金属、药物、杀虫剂等的预浓集，表面接上氨基的二氧化硅微球还可用来对Zn2+，Cu2+和Hg2+离子进行预浓集[7]。

二氧化硅介绍及生产过程一．二氧化硅的种类1.1二氧化硅也称硅质原料，不仅包括天然矿物，也包括各种合成产品，其产品可分为结晶态和无定形态两类。

二氧化硅天然矿物通常包括结晶态二氧化硅矿物石英砂、脉石英、粉石英和无定形硅矿物硅藻土。

合成产品主要是白炭黑（无定形二氧化硅），包括气相白炭黑（气相二氧化硅）、沉淀白炭黑（沉淀二氧化硅）。

1.2 二氧化硅的性质1.2.1 性质二氧化硅在自然界分布很广，如石英、石英砂等。

白色或无色，含铁量较高的是淡黄色。

密度2.65～2.66 。

熔点1670℃（鳞石英）；1710℃（方石英）。

沸点2230℃。

不溶于水微溶于酸，微粒时能与熔融和碱类起作用。

二氧化硅的化学式SiO2，式量60.08，也叫硅石，是一种坚硬难溶的固体。

它常以石英、鳞石英、方石英三种变体出现。

无定形二氧化硅为白色固体或粉末。

二氧化硅的化学性质很稳定，不溶于水也不跟水反应，是酸性氧化物，不跟一般酸反应。

二氧化硅的性质不活泼，它不与除氟、氟化氢和氢氟酸以外的卤素、卤化氢和氢卤素以及硫酸、硝酸、高氯酸作用。

氟化氢(氢氟酸)是唯一可使二氧化硅溶解的酸，生成易溶于水的氟硅酸。

反应式如下所示：SiO2 ＋4HF = SiF4↑ ＋2H2O二氧化硅与碱性氧化物SiO2 ＋CaO =（高温）CaSiO3二氧化硅能溶于浓热的强碱溶液：SiO2 ＋2NaOH = Na2SiO3 ＋H2O（盛碱的试剂瓶不能用玻璃塞而用橡胶塞）在高温下，二氧化硅能被碳、镁、铝还原：SiO2＋2C=Si＋2CO↑1.2.2 二氧化硅结构在大多数微电子工艺感兴趣的温度范围内，二氧化硅的结晶率低到可以被忽略。

尽管熔融石英不是长范围有序，但她却表现出短的有序结构，它的结构可认为是4个氧原子位于三角形多面的脚上。

多面体中心是一个硅原子。

这样，每4个氧原子近似共价键合到硅原子，满足了硅的化合价外壳。

如果每个氧原子是两个多面体的一部分，则氧的化合价也被满足，结果就成了称为石英的规则的晶体结构。

二氧化硅的表面改性及其在涂料中的应用Introduction二氧化硅（SiO2）是一种常见的无机物质，在各种工业领域有着广泛的应用。

其中，表面改性的二氧化硅因其具有高的化学稳定性、良好的耐久性和可塑性，被广泛应用于涂料领域。

本文将探讨二氧化硅的表面改性及其在涂料中的应用。

Part 1 表面改性的二氧化硅概述表面改性的二氧化硅是通过表面处理技术对二氧化硅微粒的表面进行改性，改变其物理和化学性质，以提高其在化工、材料和生物医药等领域的应用性能。

表面改性的方法包括化学改性、物理改性和生物改性等。

化学改性针对二氧化硅微粒表面原有的羟基（-OH）和其他官能团，通过化学反应加入有机功能基团或是无机功能基团，改变其化学性质和表面性质。

物理改性通过表面涂覆或其他表面修饰技术，使其表面形态和性质发生改变。

而生物改性是基于生物方法制备的改性材料，通过绿色有机合成方法合成材料，减少了化学方法对环境和人体的纯度污染。

二氧化硅的表面改性可以改变其形态、粒度、分散性、亲水性或亲油性等性质，以满足不同领域的需求。

Part 2 表面改性的二氧化硅在涂料中的应用表面改性的二氧化硅在涂料中有着广泛的应用，如增强涂料的耐久性、增加涂层硬度和防护性能等。

这里将介绍几种常见的涂料应用。

1. 环保水性涂料环保水性涂料是近年来的新型涂料。

它用水来代替有机溶剂作为分散介质，在涂料制备过程中，表面改性的二氧化硅微粒可增加涂层的附着力和耐久性。

此外，它还能提高涂层的耐冲击和耐刮擦性能。

2. 防护涂料普通涂料在遇到大气污染、化学腐蚀等环境因素时，容易发生老化、脱落等现象。

表面改性二氧化硅微粒加入到防护涂料中，能够增强涂层的耐久性和耐腐蚀性能，保护钢结构和工程设备等。

3. 自清洁涂料随着人们环保意识的增强，自清洁涂料得到了越来越广泛的应用。

自清洁涂料可以在涂层表面形成一层薄膜，能有效防止污垢和细菌的产生。

表面改性的二氧化硅可用作添加剂，在涂层中发挥催化作用，增加其抗氧化能力和自洁能力。

SiQ表面改性机理及其对高分子材料性能的影响（高材11201：瞿启凡；指导老师:肖伟）该文简要介绍了表面改性机理! 对其作为填料改性高分子材料的研究进行了梳理!针对橡胶、塑料、涂料及胶黏剂等进行了一一阐述!并对未来研究内容及方向做出展望。

关键词：刚性SiQ，表面改性，填充，高分子材料高分子材料具有结构独特易于改性和加工的特点，具有其他材料无可比拟不可取代的许多优异性能。

促使其在国民经济建设、国防及科学技术应用等领域具有不可替代的优势，已逐渐发展成为人们生产生活中不可或缺的材料之一。

然而，随着时代的发展和科学技术的进步，对高分子材料性能方面提出了更高要求。

因此，对高分子材料性能方面的改良研究越来越多，如通过调整高分子材料内在分子结构与其他有机高分子材料进行共混以及采用无机刚性粉体SiO2作为添加剂等手段。

其中，通过采用刚性无机材料（如炭黑黏土等）作为添加剂，可以在很大程度上提高高分子材料性能，已成为学者们争相研究的热点。

刚性无机材料具有很高化学稳定性和热稳定性、无毒、无刺激、使用安全、在自然界中分布广泛、对高分子材料改性有着重要作用，但无机刚性粉体SiO2 颗粒表面具有很强极性，是典型亲水性材料，与亲油高分子材料物性间存在巨大差异，难以在有机基体中均匀分散，另外作为添加剂颗粒尺寸通常较小甚至为纳米颗粒，颗粒表面氢键的存在极大表面能使其极易发生团聚，以聚集体形式存在，分散效果差。

苏瑞彩也从内外表面原子所受力场不同的角度分析了团聚机理，即处于晶体内部原子受力受到来自周围对称价键力和稍远原子的范德华力、受力对称，价键饱和，而表面原子受力来自其临近内部原子的非对称价键力和其他原子的远程范德华力，受力不对称，价键不饱和，易与外界原子键合形成大颗粒团聚体。

的这些特性使其极不易分散。

因此，要发挥无机刚性粉体SiO2 独特作用，必须改善其在高分子材料基体中的分散效果，改善与高分子材料的亲和性、相容性，提高其加工流动性，增强两相间界面结合力，以此来增加其填充量，提高高分子材料性能。